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WO2005033603A2 - Wärmetauschereinheit - Google Patents

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Publication number
WO2005033603A2
WO2005033603A2 PCT/EP2004/009942 EP2004009942W WO2005033603A2 WO 2005033603 A2 WO2005033603 A2 WO 2005033603A2 EP 2004009942 W EP2004009942 W EP 2004009942W WO 2005033603 A2 WO2005033603 A2 WO 2005033603A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
channels
connection
exchanger according
exchanger body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2004/009942
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2005033603A3 (de
Inventor
Peter Klug
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.)
Eaton Fluid Power GmbH
Original Assignee
Eaton Fluid Power GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eaton Fluid Power GmbH filed Critical Eaton Fluid Power GmbH
Publication of WO2005033603A2 publication Critical patent/WO2005033603A2/de
Publication of WO2005033603A3 publication Critical patent/WO2005033603A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F28D7/0008—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 for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium
    • F28D7/0025—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 for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium the conduits for one medium or the conduits for both media being flat tubes or arrays of tubes
    • 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
    • F28D7/106—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 consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02—Blocks traversed by passages for 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
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions
    • F28F9/0214—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions having only longitudinal partitions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/02—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials
    • F28F2275/025—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials by using adhesives

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger unit.
  • Heat exchanger units are used, for example, in air conditioning systems of motor vehicles in the vicinity of the refrigerant compressor, on the one hand to pre-cool the fluid coming from the compressor, which is heated by the compression, and on the other hand to warm up the heat transfer fluid to be supplied to the compressor.
  • the latter is particularly advantageous in those air conditioning systems that are under particularly high pressure and work with alternative refrigerants, such as C02.
  • the compressors used are relatively sensitive and are damaged if the drawn-in refrigerant carries liquid drops.
  • the heat exchanger should then be arranged as close as possible to the compressor in order to avoid droplet formation on the way from the heat exchanger to the compressor.
  • the heat exchanger is therefore usually exposed to considerable vibrations, which it must withstand. He is also under high pressure.
  • Automotive refrigeration systems with alternative refrigerants must be designed for burst pressures up to 700 bar. Overall, this is not only a challenge for the design of the heat exchanger but also for its connection technology. In addition, such a heat exchanger should have the highest possible heat transfer capacity with a small size.
  • the heat exchanger unit according to the invention has a heat exchanger body which has two flat sides and is designed as a flat body. Longitudinal, parallel through channels are arranged in at least two, but preferably three rows parallel to each other and connected with connections provided at the ends. In this case, the outer through channels, that is to say the closer to the flat sides, are preferably connected to one connection and the inside channels to another connection.
  • the pass-through channels are thus divided into two groups, namely a group that is connected to one connection and another group that is connected to another connection.
  • One group serves as a suction channel and leads, for example, to a cold medium compressor to the fluid while the other group serves as a pressure channel and the compressed fluid coming from the refrigerant compressor. They therefore form a pressure channel.
  • the refrigerant flow in the channels is relatively fast.
  • supercritical fluid states can be achieved as a result of the prevailing temperatures and pressures, in which the fluid assumes a special aggregate state that cannot be assigned to either the gaseous or the liquid aggregate state.
  • the suction channels as a whole have a free flow cross section which is significantly larger than the free flow cross section on the suction side.
  • the number of through channels on the suction side is preferably approximately 1.2 to 2 times as large, preferably approximately 1.5 times as large as the number of channels on the pressure side.
  • the cross sections of the pressure-side channels are considerably smaller than the cross-sections of the suction-side channels.
  • the through ducts on the suction side are preferably provided with a rectangular or square cross section. They have smooth, non-ribbed walls.
  • the pressure-side passage channels are preferably round (circular, oval or similar), with the circular shape being preferred.
  • the walls are also preferably smooth, i.e. without ribs or other projections.
  • the heat exchanger body preferably has an in
  • Longitudinal direction does not change, ie constant cross-sectional profile. It is preferably designed as an extruded profile, for example as an aluminum extruded profile. It can be formed in one piece. This gives one simple, inexpensive manufacture. However, it can also be constructed in two pieces, wherein both partial bodies can be constructed from the same or from different materials.
  • External parts of the body can be removed from a heat exchanger body designed as an aluminum extruded profile in the connection areas, so that a section containing only the inner through channels, e.g. rectangular tongue or other connection extension is formed.
  • This can protrude through a slot-like passage provided in the connection piece and can be sealed therein.
  • the outer and inner through-channels of the heat exchanger body can be connected to different connections with a particularly simple connection piece.
  • the flanks of the connection extension and the slot wall it is possible to achieve a tensile connection by gluing or soldering or also by other connection techniques that can withstand the mechanical stresses in the engine compartment of a motor vehicle.
  • FIG. 1 shows the heat exchanger unit and its connection to a compressor in a schematic representation
  • FIG. 2 shows the heat exchanger unit according to FIG. 1 in a sketchy perspective view
  • FIG. 3 shows the heat exchanger unit according to FIG. 2 in a partially cut-out, sectional illustration
  • Figure 4 shows the connector of the heat exchanger according to Figures 2 and 3 in a cut perspective view
  • FIG. A section of a refrigeration machine 1 is illustrated in FIG. belongs to the air conditioning system of a motor vehicle.
  • An essential component of the refrigerator 1 is its refrigerant compressor 2, which is preceded by a heat exchanger 3. Because of its immediate vicinity to the refrigerant compressor 2, it is also referred to as an “internal heat exchanger”. Its function is merely to heat the refrigerant flowing to the refrigerant compressor 2 on the suction side, using the heat of the refrigerant leaving the refrigerant compressor 2. It is preferably flowed through in countercurrent.
  • FIG. 2 illustrates the heat exchanger 3 separately, which is essentially formed by a heat exchanger body 6, which is contained at the end in connecting pieces 4, 5.
  • the heat exchanger 3 is particularly robust and pressure-resistant. In addition, it has a particularly small construction volume.
  • the heat exchanger body 6 shown separately in FIG. 5 and in cross section is here a one-piece body with a rectangular cross section. It is flat both on its two flat sides 7, 8 and on its narrow sides 9, 11.
  • it can be formed by an extruded aluminum profile or another profile produced by the continuous casting or extrusion process. It is preferably made of metal, such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the heat exchanger body 6 is penetrated by through channels 15, 16, 17 arranged in three rows 12, 13, 14.
  • the through channels 15, 17, which are each closest to the flat sides 7, 8, are square or rectangular. They preferably have cross sections that match one another and are other separated by partitions 18, 19, the thickness of which is less than an outer walls 21, 22, 23, 24 separating the channels 15, 17 from the flat sides 7, 8 and the narrow sides 9, 11, respectively - Th, 25 parallel to the flat sides 7, 8 arranged web, which contains the row 13 with the through channels 16.
  • the width of the web 25 (measured perpendicular to the flat sides 7, 8) corresponds approximately to the width of the through channels 12, 14 measured in the same direction.
  • the through channels 13, which are preferably arranged centrally in the web 25 in a straight row, are preferably round.
  • an outer section is removed from the heat exchanger body 6 at its end 26 which is gripped by the connection piece 5, the web 25 remaining in place.
  • an extension 27 is formed in the form of a rectangular tongue, which on the outside has a flat side parallel to the flat sides 7, 8.
  • this geometry can be achieved by milling an outer part, which comprises the outer walls 21, 23 and the intermediate walls 18, 19, from a cut-to-length piece of extruded aluminum profile with the cross section according to FIG.
  • the associated connector 4 or 5 is illustrated separately in Figure 4. It is designed, for example, as a one-piece body which has a tubular extension 28 with a rectangular inner contour for receiving the heat exchanger body 6.
  • the rectangular inner contour includes, for example, a flat side 29 on which the flat side 8 of the heat exchanger body 6 is located.
  • the cross section of the insertion opening 31 defined by the flat side 29 and the other delimiting sides so far coincides with the cross section of the outer circumference of the heat exchanger body 6 agree that this can be inserted into the tubular extension 28 with little play or with little pretension.
  • An approximately cylindrical distributor chamber 32 adjoins the insertion opening 31 and is arranged parallel to a likewise cylindrical distributor chamber 33.
  • the distributor spaces 32, 33 are connected to one another by a slot-like passage 34 which, as FIG. 3 shows, is provided for receiving the extension 27.
  • its cross section corresponds to the cross section of the outer circumference of the extension 27.
  • connection area 36, 37 adjoins them, which is set up for connection to an external line.
  • This can be fastened by means of a screw connection, a clamp connection or by other connection measures, such as welding, soldering, gluing etc. in a head 38 which surrounds the connection areas 36, 37.
  • the connector 4, 5 is preferably made of a metal or a pressure-resistant plastic that can be integrally connected to the heat exchanger body 6. Not only must a fluid-tight connection between the heat exchanger body 6 and the wall of the insertion opening 31 be created, but also a fluid-tight connection between the extension 27 and the wall of the passage 34.
  • connection piece 4, 5 can be provided with one or more filling openings 39 which, for example, pass through a flat surface 40 of the passage 34 and through which a solder or an adhesive in the respective gap between the heat exchanger body 6 or the extension 27 and the respective surfaces the insertion opening 31 and / or the passage 34 is to be filled in, for example injected.
  • the filling opening 39 is in the form of a only slot in the connector 5 arranged so that it opens into the passage 34. It is also possible to connect the filling opening here with a groove which surrounds the passage 34 and thus also the extension 27 like a ring and thus places the filled adhesive around the extension 27 like a ring. This is indicated schematically in FIG. 4.
  • One or more similar grooves can surround the insertion opening 31 and, after the heat exchanger body 6 has been inserted, can be filled with adhesive from the outside through injection openings.
  • the connecting pieces 4, 5 are formed in one piece. If necessary, however, they can also be formed in two or more parts.
  • the cross-hatched area in FIGS. 3 and 4 can be replaced by a parting line which longitudinally cuts through the connecting pieces 4, 5.
  • the parting line can be closed by an adhesive or a solder and create a fluid-tight, mechanically firm connection between the parts of the connection piece 4, 5 and the heat exchanger body 6.
  • the heat exchanger 3 described so far works as follows:
  • FIG. 3 in which the compressor-side connector 5 is illustrated.
  • the refrigerant conveyed by the refrigerant compressor 2 passes through the connection area 37 in compressed form into the distributor space 33, the free flow cross section of which is considerably larger than the free flow cross section of all the through channels 16 which open here.
  • the compressed heat transfer fluid therefore divides relatively evenly on all through channels 16 and flows through them in the longitudinal direction.
  • the through channels 12, 14 (FIG. 5) opening into the distribution space 32 deliver heat transfer fluid into the distribution space 32, which acts here as a collection space.
  • the refrigerant fluid of the through channels 15, 17 thus flows in countercurrent to the refrigerant fluid in the through channels 16.
  • the refrigerant flowing in the through channels 15, 17 and flowing into the refrigerant compressor 2 heats up somewhat, whereby it is led out of its wet steam area and thereby freed from liquid droplets.
  • the "drying" achieved in this way ie the heating of the refrigerant beyond its wet steam point, is very effective due to the distribution of the inflow channel over a large number of through-channels with a small individual cross-section.
  • there are 48 through-channels which means that the inflowing heat transfer fluid can be heated to a small extent, thanks to the large inner surface of the heat exchanger, liquid refrigerant particles remain on the wall of the through-channels 15, 17 and evaporate there.
  • FIG. 5 A modified profile of the heat exchanger body 6 is illustrated in FIG. It differs from that according to FIG. 5 by additional circular section channels 41, 42 provided on the narrow sides 9, 11, which overall lead to an oval cross section of the outer contour of the heat exchanger body 6.
  • the advantage of this leadership form is in the elimination of sharp edges between the flat sides 7, 8 and the narrow sides 9, 11, which on the one hand facilitates the production of the contour of the insertion opening 31 and on the other hand its sealing.
  • the heat exchanger body 6, as illustrated in FIG. 7, can be formed in two parts.
  • the web 25 can be manufactured as a separate part 43 which is inserted into a part 44.
  • the latter only includes the outer walls 21, 22, 23, 24 and the intermediate walls 18, 19.
  • the intermediate walls 18, 19 can alternatively also be unshaped on the part 43. While the first-mentioned variant has the advantage that when connecting the connecting pieces 4, 5 no mechanical
  • the second variant has the advantage that the heat transfer between the part 43 and the intermediate walls 18, 19 is improved.
  • a heat exchanger 3 which is particularly suitable for the air conditioning system of a motor vehicle or other high pressure applications, has a heat exchanger body 6 in the form of a hollow profile body which has a plurality of through channels 15, 16, 17 arranged in rows and parallel to one another, the through channels in each case Arranged in rows so that by removing portions of the heat exchanger body 6, the mouths of the through channels 15, 17 axially offset against the mouths of the through channels 16 can be.

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Abstract

Ein Wärmetauscher, der insbesondere für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs oder auch andere Hochdruckanwendungen geeignet ist, weist einen Wärmetauscherkörper in Form eines Hohlprofilkörpers auf, der mehrere in Reihen angeordnete, zueinander parallele Durchgangskanäle (15, 16) aufweist. die Durchgangskanäle sind jeweils reihenweise angeordnet, so dass durch Entfernen von Partien des Wärmetauscherkörpers die Mündungen der Durchgangskanäle (15) gegen die Mündungen der Durchgangskanäle (16) axial versetzt werden können. Dies schafft die Voraussetzung für ein geometrisch einfaches und strömungsgünstiges Anschlussstück, das die Mündungen der Durchgangskanäle (15) auf eine Sammelkammer und die Mündungen der Durchgangskanäle (16) auf eine andere Sammelkammer zusammenfasst.

Description

Wärmetauschereinheit
Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschereinheit .
Wärmetauschereinheiten werden beispielsweise in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen in der Nähe des Kältemittel- kompressors eingesetzt, um einerseits das von dem Kompressor kommende durch die Kompression erwärmte Fluid vorzukühlen und um andererseits das dem Kompressor zuzuführende Wärme- tragerfluid etwas anzuwärmen. Letzteres ist insbesondere bei solchen Klimaanlagen vorteilhaft, die unter besonders hohem Druck stehen und mit alternativen Kältemitteln, wie beispielsweise C02 , arbeiten. Die verwendeten Kompressoren sind relativ empfindlich und nehmen Schaden, wenn das angesaugte Kältemittel Flüssigkeitstropfen mitführt. Der betreffende Wärmetauscher soll dann möglichst nahe an dem Kompressor angeordnet sein, um Tropfchenbildüng auf dem Weg von dem Wärmetauscher zu dem Kompressor zu vermeiden. Der Wärmetauscher ist deshalb in der Regel erheblichen Vibrationen aus- gesetzt, denen er Stand halten muss. Außerdem steht er unter hohem Druck. Kraftfahrzeugkälteanlagen mit alternativen Kältemitteln müssen auf Berstdrücke bis zu 700 bar ausgelegt sein. Dies stellt insgesamt nicht nur eine Herausforderung für die Konstruktion des Wärmetauschers sondern auch für seine Anschlusstechnik dar. Außerdem soll ein solcher Wärmetauscher bei geringer Baugröße eine möglichst hohe Wärme- Übertragungskapazität aufweisen.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Wär- metauschereinheit zu schaffen, die sich insbesondere für den Einsatz in Hochdruckanwendungen eignet.
Diese Aufgabe wird mit der Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1 gelöst :
Die erfindungsgemäße Wärmetauschereinheit weist einen Wärmetauscherkörper auf, der zwei Flachseiten aufweist und als Flachkörper ausgebildet ist. Längs durchgehende, parallel zueinander ausgerichtete Durchgangskanäle sind in we- nigstens zwei, vorzugsweise aber drei zueinander parallelen Reihen angeordnet und mit an den Enden vorgesehenen Anschlüssen verbunden. Dabei sind vorzugsweise die äußeren, d.h. den Flachseiten näheren Durchgangskanäle mit einem An- schluss und die innen liegenden Kanäle mit einem anderen Anschluss verbunden. Die Durchgangskanäle werden somit auf zwei Gruppen aufgeteilt, nämlich eine Gruppe, die an einen Anschluss angeschlossen ist und eine andere Gruppe, die an einen anderen Anschluss angeschlossen ist. Die eine Gruppe dient als Saugkanal und führt beispielsweise einem Kälte- mittelkompressor das Fluid zu während die andere Gruppe als Druckkanal dient und das von dem Kältemittelkompressor kommende komprimierte Fluid führt . Sie bilden somit einen Druckkanal .
Die Kältemittelströmung ist in den Kanälen relativ schnell. Insbesondere im Druckkanal können infolge der herrschenden Temperaturen und Drücke überkritische Fluidzustände erreicht werden, in denen das Fluid einen speziellen Aggre- gatzustand einnimmt, der sich weder dem gasförmigen noch dem flüssigen Aggregatzustand zuordnen lässt . Insbesondere in diesem Fall, aber auch bei anderen Hochdruckanwendungen, hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn die Saugkanäle insgesamt einen freien Strömungsquerschnitt aufweisen, der deutlich größer ist als der freie Strömungsquerschnitt auf der Saugseite. Die Zahl der saugseitigen Durchgangskanäle ist vorzugsweise etwa 1,2 bis 2 mal so groß, vorzugsweise etwa 1,5 mal so groß wie die Zahl der druckseitigen Kanäle. Außerdem sind die Querschnitte der druckseitigen Kanäle we- sentlich geringer als die Querschnitte der saugseitigen Kanäle. Vorzugsweise sind die saugseitigen Durchgangskanäle mit einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt versehen. Sie weisen glatte, unverrippte Wandungen auf. Die druckseitigen Durchgangskanäle sind vorzugsweise rund (kreisrund, oval oder ähnlich) , wobei die kreisrunde Form bevorzugt wird. Die Wandungen sind ebenfalls vorzugsweise glatt, d.h. ohne Rippen oder sonstige Vorsprünge ausgebildet. Der Wärmetauscherkörper weist vorzugsweise ein sich in
Längsrichtung nicht änderndes, d.h. konstantes Querschnitts- profil auf. Vorzugsweise ist er als Strangpressprofil, beispielsweise als Aluminiumstrangpressprofil, ausgebildet. Er kann dabei einstückig ausgebildet sein. Dies ergibt eine einfache, kostengünstige Herstellung. Er kann jedoch auch zweistückig ausgebildet sein, wobei beide Teilkörper aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein können.
Von einem als Aluminiumstrangpressprofil ausgebildeten Wärmetauscherkörper können in den Anschlussbereichen äußere Teile des Körpers entfernt werden, so dass eine lediglich die inneren Durchgangskanäle enthaltende, im Querschnitt z.B. rechteckige Zunge oder ein sonstiger Anschlussfortsatz ausgebildet ist. Diese kann einen in dem Anschlussstück vorgesehenen schlitzartigen Durchgang durchragen und in diesem abgedichtet gefasst sein. Auf diese Weise können mit einem besonders einfachen Anschlussstück die äußeren und die inne- ren Durchgangskanäle des Wärmetauscherkδrpers an unterschiedliche Anschluss gelegt werden. Außerdem ist es aufgrund der flächigen Verbindung zwischen den Flanken des Anschlussfortsatzes und der Schlitzwandung möglich, eine zugfeste Verbindung durch Kleben oder Löten oder auch durch anderweitige Verbindungstechniken zu erreichen, die den mechanischen Beanspruchungen in dem Motorraum eines Kraftfahrzeugs Stand hält .
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder aus Ansprüchen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
Figur 1 die Wärmetauschereinheit und deren Anschluss an einen Kompressor in schematisierter Darstellung,
Figur 2 die Wärmetauschereinheit nach Figur 1 in einer skizzenhaften Perspektivdarstellung, Figur 3 die Wärmetauschereinheit nach Figur 2 in teilweise aufgeschnittener, ausschnittsweiser Darstellung,
Figur 4 das Anschlussstück des Wärmetauschers nach Figur 2 und 3 in aufgeschnittener Perspektivdarstellung und
Figur 5 bis 7 Wärmetauscherkörper in unterschiedlichen Aus- führungsformen für den Wärmetauscher nach Figur 2, jeweils in Perspektivdarstellung.
In Figur 1 ist ein Ausschnitt einer Kältemaschine 1 veranschaulicht, die z.B. zu der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs gehört. Wesentlicher Bestandteil der Kältemaschine 1 ist ihr Kältemittelkompressor 2, dem ein Wärmetauscher 3 vorgeschaltet ist. Wegen seiner unmittelbaren Nachbarschaft zu dem Kältemittelkompressor 2 wird er auch als „innerer Wärmetauscher" bezeichnet. Seine Funktion besteht lediglich in der Anwärmung des dem Kältemittelkompressor 2 saugseitig zufließenden Kältemittels unter Ausnutzung der Wärme des den Kältemittelkompressor 2 verlassenden Kältemittels. Er wird vorzugsweise im Gegenstrom durchströmt .
Figur 2 veranschaulicht den Wärmetauscher 3 gesondert, der im Wesentlichen durch einen endseitig in Anschlussstü- cken 4, 5 gefassten Wärmetauscherkörper 6 gebildet wird. Der Wärmetauscher 3 ist insgesamt besonders robust und druckfest ausgebildet . Außerdem weist er ein besonders geringes Bauvolumen auf . Zur Erläuterung seines Aufbaus wird auf die Figuren 3, 4 und 5 verwiesen. Der in Figur 5 gesondert und im Querschnitt veranschaulichte Wärmetauscherkörper 6 ist hier ein einteiliger Körper mit rechteckigem Querschnitt. Er ist sowohl an seinen beiden Flachseiten 7, 8 als auch an seinen Schmalseiten 9, 11 jeweils eben ausgebildet. Beispielsweise kann er durch ein Aluminiumstrangpressprofil oder ein ande- res im Strangguss- oder Strangpressverfahren hergestelltes Profil gebildet sein. Vorzugsweise besteht er aus Metall, wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Der Wärmetauscherkörper 6 wird von in drei Reihen 12, 13, 14 angeordneten Durchgangskanälen 15, 16, 17 durchsetzt. Beispielsweise sind die Durchgangskanäle 15, 17, die den Flachseiten 7, 8 jeweils am nächsten liegen, quadratisch oder rechteckig ausgebildet. Sie weisen vorzugsweise miteinander übereinstimmende Querschnitte auf und sind unterein- ander durch Zwischenwände 18, 19 getrennt, deren Dicke geringer ist als eine die Kanäle 15, 17 jeweils von den Flachseiten 7, 8 und den Schmalseiten 9, 11 trennende Außenwände 21, 22, 23, 24. Etwa mittig wird das Profil von einem brei- ten, parallel zu den Flachseiten 7, 8 angeordneten Steg 25 durchsetzt, der die Reihe 13 mit den Durchgangskanälen 16 enthält. Die Breite des Stegs 25 (gemessen senkrecht zu den Flachseiten 7, 8) stimmt etwa mit der in gleicher Richtung gemessenen Breite der Durchgangskanäle 12, 14 überein. Die in dem Steg 25 vorzugsweise mittig in einer geraden Reihe angeordneten Durchgangskanäle 13 sind vorzugsweise rund ausgebildet .
Wie Figur 3 veranschaulicht, ist von dem Wärmetauscher- körper 6 an seinem von dem Anschlussstück 5 gefassten Ende 26 ein äußerer Abschnitt entfernt, wobei der Steg 25 stehen geblieben ist. Auf diese Weise wird ein Fortsatz 27 in Form einer rechteckigen Zunge ausgebildet, die außen eine zu den Flachseiten 7, 8 parallele Flachseite aufweist. Z.B. kann diese Geometrie erzielt werden, indem von einem abgelängten Stück Aluminiumstrangpressprofil mit dem Querschnitt gemäß Figur 5 ein äußerer Teil abgefräst wird, der die Außenwände 21, 23 und die Zwischenwände 18, 19 umfasst . Das zugehörige Anschlussstück 4 oder 5 ist in Figur 4 gesondert veranschaulicht. Es ist beispielsweise als einstückiger Körper ausgebildet, der einen Rohrfortsatz 28 mit rechteckiger Innenkontur zur Aufnahme des Wärmetauscherkörpers 6 aufweist. Zu der rechteckigen Innenkontur gehört bei- spielsweise eine Flachseite 29, an der die Flachseite 8 des Wärmetauscherkörpers 6 ihre Anlage findet . Der Querschnitt der von der Flachseite 29 sowie den sonstigen begrenzenden Seiten definierten Einführöffnung 31 stimmt soweit mit dem Querschnitt des Außenumfangs des Wärmetauscherkörpers 6 überein, dass sich dieser mit geringem Spiel oder unter geringer Vorspannung in den Rohrfortsatz 28 einführen lässt .
An die Einführöffnung 31 schließt sich ein etwa zylin- drischer Verteilerraum 32 an, der parallel zu einem ebenfalls zylindrischen Verteilerraum 33 angeordnet ist. Die Verteilerräume 32, 33 sind untereinander durch einen schlitzartigen Durchgang 34 verbunden, der, wie Figur 3 zeigt, zur Aufnahme des Fortsatzes 27 vorgesehen ist. Ent- sprechend stimmt sein Querschnitt mit dem Querschnitt des Außenumfangs des Fortsatzes 27 überein.
In axialer Verlängerung der Verteilerräume 32, 33 schließt sich an diese jeweils ein Anschlussbereich 36, 37 an, der zur Verbindung mit einer äußeren Leitung eingerichtet ist. Diese kann mittels einer Schraubverbindung, einer Klemmverbindung oder durch anderweitige Verbindungsmaßnahmen, wie Anschweißen, Anlöten, Einkleben usw. in einem Kopf 38 befestigt werden, der die Anschlussbereiche 36, 37 um- gibt. Das Anschlussstück 4, 5 besteht vorzugsweise aus einem Metall oder einem druckfesten Kunststoff, der sich mit dem Wärmetauscherkörper 6 Stoffschlüssig verbinden lässt. Dabei muss nicht nur eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Wärmetauscherkörper 6 und der Wandung der Einführöffnung 31 sondern auch eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Fortsatz 27 und der Wandung des Durchgangs 34 erzeugt werden. Dazu kann das Anschlussstück 4, 5 mit ein oder mehreren Füllöffnungen 39 versehen sein, die z.B. eine Planfläche 40 des Durchgangs 34 durchsetzen und durch die ein Lot oder ein Klebstoff in den jeweiligen Spalt zwischen dem Wärmetauscherkörper 6 bzw. dem Fortsatz 27 und den jeweiligen Flächen der Einführöffnung 31 und/oder des Durchgangs 34 einzufüllen, beispielsweise einzuspritzen, ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Füllöffnung 39 in Form eines einzigen Schlitzes in dem Anschlussstück 5 so angeordnet, dass sie in dem Durchgang 34 mündet. Es ist auch möglich, die Füllöffnung hier mit einer Nut zu verbinden, die den Durchgang 34 und somit auch den Fortsatz 27 wie ein Ring umgreift und den eingefüllten Klebstoff somit wie einen Ring um den Fortsatz 27 legt. In Figur 4 ist dies schematisch angedeutet. Ein oder mehrere ähnliche Nuten können die Einführöffnung 31 umgeben und nach dem Einführen des Wärmetauscherkörpers 6 von außen her durch Injektionsöffnungen mit Klebstoff gefüllt werden.
Bei der vorstehenden Beschreibung ist davon ausgegangen worden, dass die Anschlussstücke 4, 5 einstückig ausgebildet sind. Bedarfsweise können sie jedoch auch zwei- oder mehr- teilig ausgebildet sein. Beispielsweise kann die in den Figuren 3 und 4 schraffierte Schnittfläche durch eine Trennfuge ersetzt sein, die die Anschlussstücke 4, 5 längs durchtrennt. Die Trennfuge kann bei der Montage je nach Material- wähl durch einen Klebstoff oder ein Lot geschlossen werden und eine fluiddichte, mechanisch feste Verbindung zwischen den Teilen des Anschlussstücks 4, 5 und dem Wärmetauscher- kδrper 6 herstellen.
Der insoweit beschriebene Wärmetauscher 3 arbeitet wie folgt:
Es wird auf Figur 3 verwiesen, in der das kompressor- seitige Anschlussstück 5 veranschaulicht ist. Das von dem K ltemittelkompressor 2 geförderte Kältemittel gelangt durch den Anschlussbereich 37 in verdichteter Form in den Verteilerraum 33, dessen freier Strömungsquerschnitt wesentlich größer ist als der freie Strömungsquerschnitt aller Durchgangskanäle 16, die hier münden, zusammen genommen. Das komprimierte Wärmeträgerfluid teilt sich deshalb relativ gleichmäßig auf alle Durchgangskanäle 16 auf und durchströmt diese in Längsrichtung.
Gleichzeitig liefern die in den Verteilerraum 32 mün- denden Durchgangskanäle 12, 14 (Figur 5) Wärmeträgerfluid in den Verteilerraum 32, der hier als Sammelraum wirkt. Das Kältemittelfluid der Durchgangskanäle 15, 17 strömt somit im Gegenstrom zu dem Kältemittelfluid in den Durchgangskanälen 16. unter Abkühlung des in den Durchgangskanälen 16 fließen- den Wärmeträgerfluids erwärmt sich das in den Durchgangs- kanälen 15, 17 fließende und dem Kältemittelkompressor 2 zuströmende Kältemittel etwas, wodurch es aus seinem Nass- dampfbereich heraus geführt und dadurch von Flüssigkeits- tröpfchen befreit wird.
Die so erreichte „Trocknung", d.h. die Erwärmung des Kältemittels über seinen Nassdampfpunkt hinaus, ist durch die Aufteilung des Zuströmkanals auf sehr viele Durchgangskanäle mit geringem Einzelquerschnitt sehr wirksam. Es wird eine Aufteilung auf mehr als zehn, vorzugsweise mehr als 20, Durchgangskanäle 15, 17 bevorzugt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind 48 Durchgangskanäle vorhanden. Dadurch kann mit einer geringen Erwärmung des zuströmenden Wärmeträgerfluids ausgekommen werden. Dank der großen inneren Ober- fläche des Wärmetauschers bleiben flüssige Kältemittelpartikel an der Wandung der Durchgangskanäle 15, 17 hängen und verdampfen dort .
In Figur 6 ist ein abgewandeltes Profil des Wärmetau- scherkörpers 6 veranschaulicht. Es unterscheidet sich von den gemäß Figur 5 durch zusätzliche, an den Schmalseiten 9, 11 vorgesehene kreisabschnittsfδrmige Kanäle 41, 42, die insgesamt zu einem ovalen Querschnitt des Außenumrisses des Wärmetauscherkörpers 6 führen. Der Vorzug dieser Aus- führungsform liegt in dem Wegfall scharfer Kanten zwischen den Flachseiten 7, 8 und den Schmalseiten 9, 11, was einerseits die Herstellung der Kontur der Einführöffnung 31 und andererseits deren Abdichtung erleichtert.
Unter Beibehaltung der Außenkontur gemäß Figur 6 oder auch ausgehend von der Außenkontur gemäß Figur 5 kann der Wärmetauscherkörper 6, wie Figur 7 veranschaulicht, zweiteilig ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Steg 25 als gesondertes Teil 43 gefertigt sein, das in ein Teil 44 eingeschoben ist. Letzteres umfasst lediglich die Außenwände 21, 22, 23, 24 sowie die Zwischenwände 18, 19. Zwischen beiden Teilen 43, 44 kann ein geringes Spiel vorhanden sein, um das Einschieben des Teils 43 in das Teil 44 zu erleichtern. Es ist jedoch auch möglich, hier einen Presssitz vorzusehen, um den Wärmeübergang zwischen dem Teil 43 und den Zwischenwänden 18, 19 zu erleichtern. Die Zwischenwände 18, 19 können alternativ auch an das Teil 43 ungeformt sein. Während die erst genannte Variante den Vorteil für sich hat, dass beim Anschluss der Anschlussstücke 4, 5 keine mechanische
Bearbeitung des Teils 43 erforderlich ist, hat die zweite Variante den Vorteil für sich, dass der Wärmeübergang zwischen dem Teil 43 und den Zwischenwänden 18, 19 verbessert ist .
Ein Wärmetauscher 3, der insbesondere für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs oder auch andere Hochdruckanwendungen geeignet ist, weist einen Wärmetauscherkörper 6 in Form eines Hohlprofilkörpers auf, der mehrere in Reihen an- geordnete, zueinander parallele Durchgangskanäle 15, 16, 17 aufweist, die Durchgangskanäle sind jeweils reihenweise angeordnet, so dass durch Entfernen von Partien des Wärmetauscherkörpers 6 die Mündungen der Durchgangskanäle 15, 17 gegen die Mündungen der Durchgangskanäle 16 axial versetzt werden können. Dies schafft die Voraussetzung für ein geometrisch einfaches und strömungsgünstiges Anschlussstück, das die Mündungen der Durchgangskanäle 15, 17 auf eine Sammelkammer und die Mündungen der Durchgangskanäle 16 auf eine andere Sammelkammer zusammenfasst .

Claims

Patentansprüche :
1. Wärmetauscher (3) mit einem Wärmetauscherkδrper (1) , der zwei einander gegenüberliegende Flachseiten (7, 9) aufweist und in dem Durchgangskanäle (15, 16, 17), in wenigstens zwei zu den Flachseiten (7, 8) parallelen Reihen (12, 13, 14) angeordnet sind, und mit Anschlussstücken (4, 5) an beiden Enden des Wärmetauscherkörpers (6) , über die wenigstens die Durchgangskanäle (15, 17) einer der Reihen mit einem Anschluss (36) und die Durchgangskanäle (16) der anderen Reihe mit einem anderen Anschluss (37) verbunden sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangskanäle (15, 16, 17) in dem Wärmetauscherkörper (6) in drei Reihen (12, 13, 14) angeordnet sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen (12, 13, 14) gerade und zueinander parallel ausgebildet sind.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangskanäle (15, 17) der äußeren Reihen (12, 14) mit dem einen Anschluss (36) und die Durchgangskanäle (16) der inneren Reihe (13) mit dem anderen Anschluss (37) verbunden sind.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem einen Anschluss (36) verbundenen Durchgangskanäle (15, 17) jeweils einen größeren Strö- mungsquerschnitt aufweisen als die an den anderen Anschluss (37) angeschlossenen Durchgangskanäle (16) .
6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem einen Anschluss (37) verbundenen Durchgangskanäle (15, 17) zusammengenommen einen größeren Strömungsquerschnitt aufweisen als die an den anderen Anschluss (37) angeschlossenen Durchgangskanäle (16) zusammengenommen .
7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherkörper (6) einstückig aufgebaut ist .
8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherkörper (6) zweiteilig aus einem Innenteil (43) , das nur innere Durchgangskanäle (16) umgibt, und einem Außenteil (44) aufgebaut ist, das nur äußere Durchgangskanäle (15, 17) umgibt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden des Wärmetauscherkörpers (6) jeweils ein Anschlussfortsatz (27) ausgebildet ist, der eine Reihe (13) von Durchgangskanälen (16) enthält.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstücke (4, 5) jeweils eine Verbindungsfläche (29) für die Außenseite des Wärmetauscherkörpers (6) und eine Verbindungsfläche (40) für den Anschlussfortsatz (27) aufweisen.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Verbindungsflächen (27, 40) von wenigstens einer Öffnung (39) zum Einfüllen eines Verbindungsmittels durchsetzt ist.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel ein Lot oder ein Klebstoff ist .
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