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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Stapelscheibe für einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff von Anspruch 8 und eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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In Kraftfahrzeugen werden Klimaanlagen eingesetzt, um in einem Fahrzeuginnenraum ein angenehmes Klima zu schaffen. Hierbei wird bevorzugt zuzuführende Luft gekühlt und/oder erwärmt. Die Klimaanlage weist hierbei mindestens einen Wärmeübertrager, beispielsweise zur Kondensation eines Kältemittels, mit einem Sammelbehälter zur Bevorratung des im Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht befindlichen Kältemittels auf, sowie eine Expansionseinheit, einen Verdampfer und einen Verdichter zur Ausbildung des Kältemittelkreislaufes. Der Wärmetauscher kann hierbei prinzipiell ein kühlmittelgekühlter oder ein luftgekühlter Wärmetauscher sein.
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Aus der
DE 10 2010 026 507 A1 ist ein Kältemittelkondensatormodul bekannt, welches einen Wärmeübertrager als Kondensator mit einer Kältemitteleinlassöffnung, einer Kältemittelauslassöffnung, einer Kühlmitteleinlassöffnung und einer Kühlmittelauslassöffnung aufweist, wobei der Wärmeübertrager einen Kältemittelkanal und einen Kühlmittelkanal zur Übertragung von Wärme von dem Kältemittel auf das Kühlmittel aufweist. Ferner ist ein Sammelbehälter für das Kältemittel vorgesehen und ein erster Kältemittelüberleitungskanal zum Leiten des Kältemittels von dem Wärmeübertrager in den Sammelbehälter. Der Sammelbehälter und der Wärmeübertrager sind auf einer Grundplatte mechanisch miteinander verbunden.
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Die
DE 10 2011 007 701 A1 zeigt eine Kältemittelkondensatorbaugruppe für eine Kraftfahrzeugklimaanlage, die einen Sammelbehälter, einen Kondensationswärmeübertrager in Stapelbauweise zum Kondensieren von Kältemittel und einen kühlmittelgekühlten Unterkühlwärmeübertrager in Stapelbauweise zum Unterkühlen des Kältemittels aufweist. Die Stapelscheiben des Kondensationswärmeübertragers und die Stapelscheiben des Unterkühlwärmeübertragers sind im Wesentlichen in einem rechten Winkel zueinander und/oder im Wesentlichen in einem rechten Winkel zu einer Mittelachse des Sammelbehälters ausgerichtet.
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Die
DE 10 2011 007 784 A1 offenbart einen kühlmittelgekühlten Kondensator, der einen Rohr-/Rippenblock mit mehreren Flachrohren aufweist. Jedes Flachrohr weist eine Mehrzahl von Strömungskanälen auf, die in Rohrrichtung nebeneinander verlaufen und einen kältemittelseitigen hydraulischen Durchmesser definieren. Im Bereich der Flachrohre ist zumindest jeweils ein, einen kühlmittelseitigen hydraulischen Durchmesser definierendes, Zwischenelement angeordnet, wobei das Verhältnis der beiden hydraulischen Durchmesser größer als 1.3 ist.
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Die
DE 10 2011 008 429 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung für ein Fahrzeug. Die Vorrichtung weist einen Kondensator zur Kondensation eines Kältemittels auf. Der Kondensator weist einen ersten Strömungskanal zur Leitung des Kältemittels und einen zweiten Strömungskanal zur Leitung eines Fluids auf. Die Strömungskanäle sind ausgebildet, um Wärme von dem Kältemittel auf das Fluid zu übertragen. Ferner weist die Vorrichtung ein Volumenelement auf, das zur Bevorratung des Kältemittels fluidisch mit dem ersten Strömungskanal verbunden ist. Das Volumenelement ist stoffschlüssig mit dem Kondensator verbunden.
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Die
WO 2010/108907 A1 weist einen Kondensator, insbesondere für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs auf. Der Kondensator weist einen ersten Wärmeübertrager zum Kühlen eines Kältemittels bis zu dessen Kondensation unter Verwendung eines Kühlmittels und einen zweiten Wärmeübertrager zum Unterkühlen des Kältemittels unter Verwendung des Kühlmittels und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeübertrager angeordneten Sammelbehälter auf. Das Kühlmittel kann in den ersten und den zweiten Wärmeübertrager durch einen an dem ersten und/oder dem zweiten Wärmeübertrager angeordneten Einlasskanal und einen Auslasskanal sowie einem zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeübertrager angeordneten Kommunikationskanal strömen.
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Die
US 2009/0071189 A1 weist einen Kondensator für eine Klimaanlage auf. Der Kondensator ist aus Stapelscheiben aufgebaut, die einen ersten Strömungskanal für ein Kältemittel definieren, wobei der erste Strömungskanal alternierend mit einem zweiten Strömungskanal für ein Kühlfluid angeordnet ist. Der Kondensator weist mindestens einen Kondensator-Einlass und einen Kondensator-Auslass für das Kältemittel auf. Ferner weist der Kondensator einen Einlassströmungspfad für das Kältemittel auf, der mit dem Kondensator-Einlass verbunden ist, und einen Auslassströmungspfad, der mit dem Kondensator-Auslass verbunden ist. Der Querschnitt der Strömungspfade verringert sich vom Einlassströmungspfad zum Auslassströmungspfad.
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Die
FR 2 947 041 betrifft einen Kondensator, insbesondere für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges. Der Kondensator weist einen ersten Wärmeübertragerabschnitt zur Kondensation eines Kältemittels, einen zweiten Wärmeübertragerabschnitt zur Unterkühlung des Kältemittels und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeübertragerabschnitt angeordneten Sammelbehälter auf. Der erste und der zweite Wärmeübertragerabschnitt sind jeweils durch eine Mehrzahl von Stapelscheiben gebildet, wobei der Sammelbehälter als eine Kavität in der Stapelscheibenanordnung ausgebildet ist.
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Die
DE 10 2010 04 321 A1 betrifft eine Stapelscheibe für einen Wärmeübertrager, die einen plattenförmigen Körper aufweist. Die Stapelscheibe weist mindestens einen flachen Abschnitt auf, der in einem ersten Teil einer Hauptoberfläche des plattenförmigen Körpers angeordnet ist. Der flache Abschnitt umgibt eine erste Öffnung durch die Stapelscheibe hindurch. Ferner weist die Stapelscheibe mindestens einen Dorn auf, der in einem zweiten Teil der Hauptoberfläche des plattenförmigen Körpers angeordnet ist und sich in eine Erstreckungsrichtung der Hauptoberfläche des plattenförmigen Körpers erstreckt. Dabei umgibt der Dorn eine zweite Öffnung durch die Stapelscheibe hindurch. Ferner weist die Stapelscheibe mindestens einen Vorsprung auf, der in einem Bereich zwischen der ersten Öffnung in dem flachen Abschnitt und einer peripheren Kante des plattenförmigen Körpers im ersten Teil der Hauptoberfläche gebildet ist und sich in die Erstreckungsrichtung erstreckt.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Stapelscheibe für einen Wärmeübertrager und einen verbesserten Wärmeübertrager zu schaffen.
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Dies wird mit einer Stapelscheibe für einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen von Anspruch 1 und mit einem Wärmeübertrager mit den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Stapelscheibe für einen Wärmeübertrager einen plattenförmigen Körper und einen an einem Stapelscheibenumfang angeordneten Bord auf, wobei die Stapelscheibe Ausnehmungen aufweist, die angrenzend an den Bord angeordnet sind. Die Ausnehmungen sind somit im Bereich des Bords angeordnet. Der plattenförmige Körper weist eine von dem Stapelscheibenumfang umgebene Grundfläche in einer Ebene der Stapelscheibe auf und eine Dicke in einer Erstreckungsrichtung von der Grundfläche des plattenförmigen Körpers weg. Hierbei ist die Dicke des plattenförmigen Körpers bevorzugt um ein Vielfaches geringer als die Abmessungen der Grundfläche. Der plattenförmige Körper kann beispielsweise aus einem Blech gebildet sein. Der Bord ist am Rand des plattenförmigen Körpers ausgebildet und stellt einen in Erstreckungsrichtung umgebogenen Rand dar. Der Bord ist bevorzugt in Erstreckungsrichtung von der Grundfläche des plattenförmigen Körpers weggebogen. Bevorzugt kann zwischen dem Bord und der Grundfläche ein Winkel zwischen in etwa 4° und 144° eingeschlossen sein. Der Bord kann beispielsweise durch Tiefziehen aus dem Blech gefertigt werden. Somit weist der Bord bevorzugt eine Wandstärke auf, die in etwa der Dicke des plattenförmigen Körpers entspricht. Der Bord weist bevorzugt eine durchgehende Fläche auf. Der Bord kann Ausbrüche oder Öffnungen aufweisen, die dem Durchtritt von Kältemittel in einen Sammelbehälter des Wärmetauschers dienen können. Die Öffnungen können hierbei fluiddichte Verbindungen zwischen den Stapelscheiben und dem Sammelbehälter ausbilden, die durch verlöten der Verbindungsabschnitte realisierbar sind.
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Die jeweiligen Ausnehmungen sind bevorzugt unmittelbar angrenzend an den Bord angeordnet. Hierdurch sind die Ausnehmungen unmittelbar benachbart zum Bord angeordnet. Bevorzugt entspricht ein Abstand zwischen der Ausnehmung und einer äußeren Kante des plattenförmigen Körpers in etwa der Dicke des plattenförmigen Körpers, insbesondere des Blechs. Die Ausnehmungen sind somit nicht innerhalb der Grundfläche des plattenförmigen Körpers angeordnet. Zwischen den Ausnehmungen und dem Bord kann kein Bereich der Grundfläche des plattenförmigen Körpers angeordnet sein.
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Die Ausnehmungen können in Erstreckungsrichtung verlaufende Kanäle, beispielsweise an Stapelscheibenecken der durch den plattenförmigen Körper gebildeten Grundfläche, ausbilden, wenn die Stapelscheiben zu einem Scheibenstapel übereinander angeordnet sind. Es können auch Kanäle in der Stapelscheibenebene ausgebildet werden, beispielsweise zwischen diagonal gegenüberliegenden Ausnehmungen. Hierbei sind die Stapelscheiben bevorzugt so angeordnet, dass die Ausnehmungen fluchtend angeordnet sind. Der Bord übereinander angeordneter Stapelscheiben kann hierbei bevorzugt die Außenwand der Kanäle ausbilden.
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Die Anzahl der Kanäle kann hierbei durch die Anzahl der Ausnehmungen durch den plattenförmigen Körper bestimmt werden. Sind beispielsweise vier Ausnehmungen auf der Grundfläche angeordnet, so können vier Kanäle in Erstreckungsrichtung ausgebildet sein. Es ist vorteilhaft, dass die Kanäle durch Ausnehmungen gebildet sind, da prinzipiell ein direkter Zugang zu den Kanälen von außen ermöglicht sein kann. Der Zugang kann direkt durch die durch den Bord gebildete Außenwand der Kanäle erfolgen. Dies kann bevorzugt durch Öffnungen oder Ausbrüchen in dem Bord realisiert werden, wobei die Öffnungen beispielsweise ausgestanzt werden können bevor die Stapelscheiben in einem Lötvorgang miteinander verbunden worden sind. Der Bord kann hierbei ein unterbrochener Bord sein.
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Bevorzugt weist die Stapelscheibe eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche auf, wobei die Ausnehmungen an den Ecken der Stapelscheibe angeordnet sind. Vorteilhaft können hierbei vier Kanäle in Erstreckungsrichtung angrenzend an den Bord ausgebildet werden. Alternativ kann die Stapelscheibe eine im Wesentlichen quadratische Grundform aufweisen, wobei die Ausnehmungen an den Ecken der Stapelscheibe angrenzend an den Bord angeordnet sind.
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Bevorzugt kann der Bord ein umlaufender Bord sein, wobei der umlaufende Bord an dem Stapelscheibenumfang des plattenförmigen Körpers der Stapelscheibe angeordnet ist. Der Bord ist bevorzugt am kompletten Stapelscheibenumfang in Erstreckungsrichtung ausgerichtet. Die durch die äußere Seite des Bords gebildete periphere Kante der Grundfläche der Stapelscheibe ist hierbei bevorzugt am kompletten Stapelscheibenumfang ausgebildet. Die Öffnungen können dabei in der peripheren Kante angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform der Stapelscheibe können Einprägungen an dem umlaufenden Bord vorgesehen sein. Dadurch kann eine Festigkeit erhöht werden, insbesondere die Festigkeit von Kanälen und/oder einer Wand der Kanäle, wenn die Stapelscheiben aufeinandergestapelt sind. Die Kanäle sind hierbei zumindest abschnittsweise durch die übereinander angeordneten Ausnehmungen ausgebildet.
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In einem Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers, insbesondere für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, weist der Wärmeübertrager mindestens einen aus Stapelscheiben gebildeten ersten Wärmeübertragerabschnitt mit einer Kältemittel-Einlassöffnung und einer Kältemittel-Auslassöffnung auf, wobei der mindestens eine erste Wärmeübertragerabschnitt erste Strömungskanäle zur Leitung des Kältemittels aufweist und die ersten Strömungskanäle mittels Kältemittelverteilkanälen verbunden sind, wobei ein Sammelbehälter zum Bevorraten des Kältemittels vorgesehen ist, welcher fluidisch mit den ersten Strömungskanälen verbunden ist. Hierbei weisen die Stapelscheiben einen plattenförmigen Körper, ein Bord und Ausnehmungen, die angrenzend an den Bord angeordnet sind, auf, wobei die Ausnehmungen im Scheibenstapel Kanäle derart formen, dass die Kältemittelverteilkanäle bevorzugt in den Ecken der Stapelscheiben angeordnet sind. Da die Ausnehmungen im Bereich des Bords angeordnet sind, weist zumindest eine Seite der Kältemittelverteilkanäle eine durch den Bord gebildete Außenwand auf. In anderen Worten, zumindest eine Seite der Kältemittelverteilkanäle ist ohne einen Randbereich einer Grundfläche des plattenförmigen Körpers direkt am Bord ausgebildet. Die äußere Wand der Kältemittelverteilkanäle ist die Außenwand des Scheibenstapels und wird dabei bevorzugt durch den Bord der Stapelscheiben gebildet. Die Kältemittelverteilkanäle können somit bevorzugt direkt in den Ecken des Scheibenstapels integriert werden und sind von außen zugänglich. Der Zugang von außen kann hierbei durch im Bord angeordnete Öffnungen oder Ausbrüche realisiert sein. Es kann ein unterbrochener Bord ausgebildet sein. Hierbei können die Stapelscheiben eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche aufweisen. Alternativ können die Stapelscheiben eine im Wesentlichen quadratische Grundfläche aufweisen, wobei die Ausnehmungen direkt an den Ecken der quadratischen Scheiben angeordnet sind. Dadurch können Anschlüsse auf einer Seite des Wärmeübertragers angeordnet werden, beispielsweise für das Kältemittel, und der Wärmeübertrager kann auch in einem begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraum, beispielsweise im Motorraum des Kraftfahrzeuges, eingebaut werden. Es kann eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Lage der Anschlüsse, beispielsweise für das Kältemittel, realisiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Wärmeübertragers sind am Kaltemittelverteilkanal eine Entnahmeöffnung und eine Rückführöffnung angeordnet, wobei zwischen der Entnahmeöffnung und der Rückführöffnung eine Trennwand angeordnet ist. Hierdurch kann es ermöglicht sein, das Kältemittel durch die Entnahmeöffnung dem Sammelbehälter zuzuführen und durch die Rückführöffnung wieder in den ersten Wärmeübertragerabschnitt einzuleiten. Bevorzugt ist der Sammelbehälter an der Längsseite des Wärmeübertragers angeordnet. Der Sammelbehälter kann entweder mit dem ersten Wärmeübertragerabschnitt verlötet oder über eine, beispielsweise Flanschverbindung, mit diesem verbunden sein. Die Entnahmeöffnung und die Rückführöffnung können von außen an die Kältemittelverteilkanäle eingebracht werden.
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Bevorzugt sind die Kältemittel-Einlassöffnung und/oder die Kältemittel-Auslassöffnung mit dem Kältemittelverteilkanal verbunden. Die Kältemittel-Einlassöffnung und/oder die Kältemittel-Auslassöffnung sind bevorzugt auf der Kältemittelseite des Wärmeübertragers und/oder des ersten Wärmeübertragerabschnitts angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Wärmeübertragerabschnitt ein kühlmittelgekühlter Kondensator und zweite Strömungskanäle und zugeordnete Kühlmittelverteilkanäle sind zur Leitung des Kühlmittels vorgesehen, wobei eine Kühlmittel-Einlassöffnung und eine Kühlmittel-Auslassöffnung für das Kühlmittel vorgesehen sind, und wobei die ersten und die zweiten Strömungskanäle zwischen den Stapelscheiben des Scheibenstapels verlaufen und ausgebildet sind, Wärmeenergie von dem Kältemittel auf das Kühlmittel zu übertragen. Bevorzugt sind sowohl die Kältemittelverteilkanäle, als auch die Kühlmittelverteilkanäle jeweils an den Ecken der Stapelscheiben des Scheibenstapels angeordnet. Hierbei können die Kältemittel-Strömungskanäle und die Kühlmittel-Strömungskanäle unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Bevorzugt kann die Grundfläche der an den Ecken angeordneten Ausnehmungen, die die Strömungskanäle in Erstreckungsrichtung ausbilden können, einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.
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Alternativ kann der erste Wärmeübertragerabschnitt ein luftgekühlter Kondensator sein und Wärmeenergie von dem Kältemittel kann auf die durch den Kondensator tretende Luft überfragen werden.
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Bevorzugt sind die Kältemittel-Einlassöffnungen und die Kältemittel-Auslassöffnungen an derselben Seite des Wärmeübertragers angeordnet. Alternativ können die Kältemittel-Einlassöffnung und die Kältemittel-Auslassöffnung an gegenüberliegenden Seiten des Wärmeübertragers angeordnet sein.
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Hierbei kann Kältemittel jeweils durch Öffnungen im Bord der Stapelscheibe in den Sammelbehälter gelangen und/oder von dem Sammelbehälter zurück in die Kältemittelkanäle strömen. Die Öffnungen können vor dem Löten des Stapelscheibenstapels oder nach dem Löten des Stapelscheibenstapels in den Bord eingebracht werden. Bevorzugt können die Öffnungen gestanzt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Wärmeübertrager einen zweiten Wärmeübertragerabschnitt zum Unterkühlen des Kältemittels auf. Der erste Wärmeübertragerabschnitt und der zweite Wärmeübertragerabschnitt bilden bevorzugt einen Wärmeübertragerblock aus. Der zweite Wärmeübertragerabschnitt ist bevorzugt aus erfindungsgemäßen Stapelscheiben aufgebaut.
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Die Aufgabe wird ferner mit einer Klimaanlage gelöst, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Kältemittelkreislauf und einem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Stapelscheibe gemäß dem Stand der Technik,
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stapelscheibe,
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stapelscheibe,
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4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
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6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, und
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7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stapelscheibe mit einem diagonalen Strömungspfad.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine Stapelscheibe 1 gemäß dem Stand der Technik für einen nicht dargestellten Wärmeübertrager in schematischer Darstellung als Draufsicht. Die Stapelscheibe 1 weist einen plattenförmigen Körper 2 mit einer rechteckförmigen Grundfläche 3 auf. im Bereich der Ecken 4, 5, 6, und 7 der Grundfläche 3 sind im Wesentlichen kreisförmige Öffnungen 8, 9, 10 und 11 angeordnet. Die Öffnungen 8, 9, 10, 11 weisen jeweils einen Umfang 12 auf, wobei am gesamten Umfang 12 ein Teilbereich 13 der Grundfläche 3 der Stapelscheibe 1 die jeweilige Öffnung 8, 9, 10 und 11 umgibt. Zwischen einem Stapelscheibenumfang 14 und den jeweiligen Öffnungen 8, 9, 10 und 11 erstreckt sich hierbei ein Grundflächenrandbereich 15 der Grundfläche 3. Im zusammenmontierten Wärmeübertrager können die Öffnungen 8, 9, 10, 11 der übereinander angeordneten Stapelscheiben 1, Kanäle für ein durch den Wärmeübertrager strömendes Kältemittel und/oder Kühlmittel ausbilden. Um die Öffnungen 9 und 10 sind ringförmige Umrandungen 16 ausgebildet.
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2 zeigt in schematischer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer Stapelscheibe 20 gemäß der Erfindung. Die Stapelscheibe 20 weist einen plattenförmigen Körper 17 mit einer Grundfläche 21 auf. Die Grundfläche 21 ist im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und weist einen Stapelscheibenumfang 22 auf. Direkt an Ecken 23, 24, 25 und 26 sind jeweils in der Ebene der Grundfläche 21 Ausnehmungen 27, 28, 29 und 30 ausgebildet. Die Ausnehmungen 27, 28, 29 und 30 sind über die gesamte Dicke des plattenförmigen Körpers 17 ausgebildet und stellen Öffnungen in diesem dar.
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Die Ausnehmungen 27, 28, 29 und 30 sind unmittelbar angrenzend an den Bord 41 angeordnet und können auch als randständige Ausnehmungen 27, 28, 29 und 30 bezeichnet werden. Dabei ist mindestens eine Seite 31 zum Stapelscheibenumfang 22 hin gerichtet. Bevorzugt weisen die Ausnehmungen 27, 28, 29 und 30 eine zweite Seite 32 auf, die ebenfalls zum Stapelscheibenumfang 22 hin gerichtet ist. Somit vermindern die Ausnehmungen 27, 28, 29 und 30 die rechteckförmige Grundfläche 21 der Stapelscheibe 20 an den jeweiligen Ecken 23, 24, 25 und 26 um deren Grundfläche 35 und 38.
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Die Grundfläche 21 weist somit in etwa die Gestalt eines symmetrischen Kreuzes mit zwei sich gegenüberliegenden ersten Stegflächen 33 und zwei sich gegenüberliegenden zweiten Stegflächen 34. auf. Bei der von dem Stapelscheibenumfang 22 umschlossenen rechteckigen Grundfläche 31 sind die Stegflächen 33 und 34 unterschiedlich groß ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung der Stapelscheibe 20 kann diese eine quadratische Grundfläche 21 ausbilden. Hierbei sind die Stegflächen 33 und 34 im Wesentlichen gleich groß ausgebildet.
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Die Ausnehmungen 27, 28, 29 und 30 weisen eine im Wesentlichen identische Grundfläche 35 und 38 auf, die im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist. Bevorzugt weisen die Grundfläche 35 und die Grundfläche 38 jeweils zwei sich gegenüberliegende, abgerundete Abschnitte 36 auf. Die dazwischen liegenden Abschnitte 37 schließen einen Winkel α zwischen sich ein, bevorzugt einen rechten Winkel. Ferner ist ein Winkel β zwischen dem Abschnitt 34 und dem umlaufenden Bord 22 angeordnet, der im Wesentlichen 90° Grad beträgt.
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Am Stapelscheibenumfang 22 ist ein umlaufender Bord 41 angeordnet. Der Bord 41 verläuft zumindest partiell am Stapelscheibenumfang 22, wobei der Bord 41 an den jeweiligen Seiten 31 und 32 der Ausnehmungen 27, 28, 29 und 30 verläuft. Insbesondere verläuft der Bord 41 auch an den geradlinig verlaufenden Abschnitten der Grundfläche 21 des Stapelscheibenumfangs 22. Somit umschließt der Bord 41 den gesamten Stapelscheibenumfang 22. Im Bereich der Ausnehmungen 27, 28, 29 und 30 bildet der Bord 41 eine Wand für die durch die Ausnehmungen 27, 28, 29 und 30 gebildeten Öffnungen durch den plattenförmigen Körper 17. Eine äußere Seite des Bords 41 stellt die periphere Kante der Stapelscheibe 20 dar, wobei die Ausnehmungen 27, 28, 29 und 30 von der äußeren Kante der Stapelscheibe 20 lediglich durch den Bord 41 getrennt sind. Der Abstand der Ausnehmungen 27, 28, 29 und 30 von der peripheren Kante der Stapelscheibe 20 entspricht hierbei in etwa der Wandstärke des Bordes 41. Die Wandstärke des Bordes 41 weist wiederum in etwa der Dicke des plattenförmigen Körpers 17 auf.
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3 zeigt in schematischer Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stapelscheibe 42 gemäß der Erfindung. Die Stapelscheibe 42 weist einen plattenförmigen Körper 18 mit einer Grundfläche 43 und an Ecken 44, 45, 45 und 47 ausgebildeten Ausnehmungen 48, 49, 50 und 51 auf, die an einen an einem Stapelscheibenumfang 52 ausgebildeten Bord 53 angrenzend angeordnet sind. Der Bord 53 umschließt die Grundfläche 43 an den geradlinig verlaufenden Abschnitten 54, 55, 56 und 57 und den dazwischen angeordneten Ausnehmungen 48, 49, 50 und 51 zugeordneten Außenrandlinien 58, 59, 60 und 61. An den Bord 53 sind im Bereich der Außenrandlinien 58, 59, 60 und 61 jeweils Einprägungen 62 angeordnet. Die Einprägungen 62 ermöglichen eine ausreichende Festigkeit der Kanäle, die durch aufeinander gestapelte Stapelscheiben 42 in einem Wärmeübertrager 63 entstehen, wobei die Kanäle durch die übereinander angeordneten, fluchtenden Ausnehmungen 48, 49, 50 und 51 gebildet sind, und in Erstreckungsrichtung und damit senkrecht zur Stapelscheibenfläche 43 verlaufen. Der Bord 53 verläuft im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung und damit senkrecht zur Stapelscheibenfläche 43 und bildet eine nicht dargestellte Wand der Ausnehmungen 48, 49, 50 und 51 aus, wenn die Stapelscheiben 42 übereinander angeordnet sind.
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Die Einprägungen 62 können hierbei beispielsweise durch ein Umformwerkzeug in den Bord 53 eingebracht werden und stellen einen bereichsweise umgeformten Abschnitt des Bords 53 dar. Dies kann in einer größeren Stabilität der Kanäle resultieren.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmeübertragers 63 in seitlicher Ansicht. Der Wärmeübertrager 63 ist aus Stapelscheiben 20 und/oder 42 aufgebaut und weist einen Scheibenstapel 64 auf. An einer ersten Seite 65 des Scheibenstapels 64 ist ein erster Kältemittelverteilkanal 66 angeordnet. An einer zweiten Seite 67 ist beispielsweise ein zweiter Kältemittelverteilkanal 68 angeordnet. Der Kanal 68 kann aber auch ein Kühlmittelverteilkanal sein. Am ersten Kältemittelverteilkanal 66 sind eine im Kältemittelverteilkanal 66 angeordnete Entnahmeöffnung 69 und eine Rückführöffnung 70 angeordnet. Zwischen der Entnahmeöffnung 69 und der Rückführöffnung 70 ist eine Trennwand 71 angeordnet, die den Kältemittelverteilkanal 66 an dieser Stelle unterbricht.
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Ferner weist der Wärmeübertrager 63 einen Sammelbehälter 72 auf, der bevorzugt seitliche an der Längsseite des Scheibenstapels 64 angeordnet ist. Im Betrieb des Wärmeübertragers 63, kann durch die Entnahmeöffnung 69 Kältemittel aus dem Kältemittelverteilkanal 66 entnommen werden und dem Sammelbehälter 72 zugeführt werden. Über die Rückführöffnung 70 kann das Kältemittel wieder dem Kältemittelverteilkanal 66 zugeführt werden und somit in den Scheibenstapel 64 eingeleitet werden. Der Sammelbehälter 72 kann mit dem Wärmeübertrager 63, insbesondere dessen Kältemittelkanal 66 verlötet oder mittels, beispielsweise einer Flanschverbindung, mit dem Kältemittelkanal 66 verbunden sein.
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5 zeigt eine Ausführungsform des Wärmeübertragers 63 bei dem zusätzlich zu der Entnahmeöffnung 69 und der Rückführöffnung 70, eine Kältemittel-Einlassöffnung 73 und eine Kältemittel-Auslassöffnung 74 seitlich an dem Kaltemittelverteilkanal 66 angeordnet sind. Mit der Kältemittel-Einlassöffnung 73 und der Kältemittel-Auslassöffnung 74 kann der Wärmeübertrager 63 mit einem nicht dargestellten Kältemittelkreislauf verbunden werden.
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6 zeigt in schematischer Darstellung als seitliche Ansicht den Wärmeübertrager 63 mit dem Scheibenstapel 64, den Kältemittelverteilkanälen 66 und 68 sowie der Entnahmeöffnung 69 und der Rückführöffnung 70 sowie der Kältemittel-Einlassöffnung 73 und der Kältemittel-Auslassöffnung 74. In der Darstellung von 6 des Wärmeübertragers 63 sind zusätzlich eine Kühlmittel-Einlassöffnung 75 und eine Kühlmittel-Auslassöffnung 76 dargestellt. In dieser Ausführungsform sind die Kühlmittel-Einlassöffnung 75 und die Kühlmittel-Auslassöffnung 76 gegenüberliegend zu der Kältemittel-Einlassöffnung 73 und der Kältemittel-Auslassöffnung 74 angeordnet. In dieser Ausführungsform des Wärmetauschers 63 überkreuzen sich der Pfad des Kältemittels und der Pfad des Kühlmittels auf der Stapelscheibe. 7 zeigt eine zugehörige Stapelscheibe 77.
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Die in 7 gezeigte Stapelscheibe 77 weist eine Grundfläche 78, ein Bord 84 und an den Bord 84 angrenzende Ausnehmungen 79, 80, 81 und 82 auf. Hierbei sind die Ausnehmungen 80 und 82 dem Kältemittelkreislauf zugehörig und die Ausnehmungen 79 und 81 dem Kühlmittelkreislauf. Die Strömungspfade, von denen in der 7 exemplarisch ein Strömungspfad 83 dargestellt ist, beispielsweise für das Kältemittel oder das Kühlmittel, kreuzen sich. Die Ausnehmungen 79, 80, 81 und 82 sind kreisförmig ausgebildet. Der Bord 84 umschließt die Grundfläche an geradlinig verlaufenden Abschnitten 85, 86, 87 und 88 und Kreissegmenten 89, 90, 91 und 92. Der Bord 84 bildet die Wand der Ausnehmungen 79, 80, 81 und 82 aus.
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Alternativ ist es möglich die Kühlmittelanschlüsse 75 und 76 (Kühlmittel-Einlassöffnung und Kühlmittel-Auslassöffnung) an derselben Seite wie die Kältemittelanschlüsse 73 und 74 Kältemittel-Einlassöffnung und Kältemittel-Auslassöffnung) anzuordnen. Hierbei würden sich die Pfade des Kältemittels und des Kühlmittels nicht auf der Stapelscheibe überkreuzen, wie dies in den Ausführungsbeispielen der Stapelscheiben 20 und 42 gezeigt ist.
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Der Wärmeübertrager 63 weist einen nicht dargestellten Kältemittelkreislauf auf, wobei die nicht dargestellten Kältemittelkanäle zwischen den jeweiligen Stapelscheiben 20, 42 verlaufen. Der Wärmeübertrager 63 kann in einer Ausführungsform ein kühlmittelgekühlter Wärmeübertrager sein, bei dem die Wärme von dem Kältemittel auf das Kühlmittel übertragen werden kann. Hierbei weist der Wärmeübertrager 63 einen Kältemittelkreislauf und einen Kühlmittelkreislauf auf. Die Strömungspfade für das Kältemittel und die Strömungspfade für das Kühlmittel sind getrennt und bilden getrennte Kreisläufe aus. Die Strömungspfade für das Kältemittel weisen an den Seiten 65 und 67 jeweils Kältemittelverteilkanäle 66 und 68 auf. Die Strömungspfade für das Kältemittel verlaufen hierbei zwischen den Stapelscheiben 20 und/oder 42 und/oder 77. Die Strömungspfade für das Kühlmittel verlaufen ebenfalls in zwischen den Stapelscheiben 20, 42, 77 ausgebildeten Kanälen und Kühlmittelverteilkanälen, die üblicherweise im Wesentlichen senkrecht zu den Stapelscheiben 20, 42, 77 angeordnet sind. Bevorzugt sind der Durchmesser der Kältemittelkanäle und der Kühlmittelkanäle unterschiedlich groß ausgebildet. Dies kann durch eine unterschiedliche Größe der Ausnehmungen 8, 9, 10, 11 oder 48, 49, 50, 51 oder 79, 80, 81, 82 realisiert sein.
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Alternativ kann der Wärmeübertrager 63 auch ein luftgekühlter Wärmeübertrager sein, bei dem die Wärme von dem Kältemittel an die durch den Wärmeübertrager tretende Luft abgegeben werden kann. Hierbei kann der Kühlmittelkreislauf komplett entfallen und der Wärmeübertrager 63 weist nur einen Kältemittelkreislauf auf.
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In allen Ausführungsformen des Wärmeübertragers 63 können die Entnahme- und die Rückführöffnung 69 und 70 mit dem Kältemittelverteilkanal 66 verbunden sein, der über mehrere Strömungskanäle des Kältemittels ausgedehnt ist. Alternativ können die Einlassöffnung 69 und die Auslassöffnung 70 jeweils mit einem dedizierten Kanal verbunden sein, wobei der jeweilige Kältemittelverteilkanal 66, 68 hierbei aus mehreren miteinander verbundenen Einzelkanälen aufgebaut ist.
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Die im Bord 22, 41 oder 85 angeordneten Öffnungen oder Durchbrüche sind in den 2, 3 und 7 nicht dargestellt. Diese Öffnungen sind bevorzugt im Bereich der Ausnehmungen 8, 9, 10, 11 oder 48, 49, 50, 51 oder 79, 80, 81, 82 angeordnet. Mittels der Öffnungen kann Kältemittel vom Kältemittelkanal in den Sammelbehälter 72 strömen und vom Sammelbehälter 72 zurück in Kältekanäle 66 und/oder 68.
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Am Sammelbehälter 72 kann ein Flansch angeordnet sein, mittels dem der Sammelbehälter 72 und die Kältekanäle 66 und/oder 68 verbunden werden können.
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Die Realisierung kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Wärmeübertragers auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, wobei hierbei die Reihenfolge des Einbringens der Öffnungen und des Verlötens unterschiedlich sind.
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Hierbei können die Öffnungen im Bord 22, 41, 85, die auch als Durchtritte bezeichnet werden, dazu dienen, dass Kältemittel aus den Randbereichen in den Sammelbehälter bereits vor dem töten aus dem Bord herausgestanzt werden. In dem Fall ist der Bord an der entsprechenden Stelle unterbrochen. Durch anschließendes Verlöten kann die Verbindung zwischen dem Sammelbehälter und dem Kältekanal fluiddicht verschlossen werden. Alternativ kann der Block aus Stapelscheiben 20, 42, 77 erst gelötet werden und anschließend kann die Öffnung an der entsprechenden Steile angebracht werden.
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Beim Wärmeübertrager kann ein Anschluss, beispielsweise ein Flansch, für den Kältemittelaustritt und den Kältemittelwiedereintritt am Sammelbehälter direkt mitgelötet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010026507 A1 [0003]
- DE 102011007701 A1 [0004]
- DE 102011007784 A1 [0005]
- DE 102011008429 A1 [0006]
- WO 2010/108907 A1 [0007]
- US 2009/0071189 A1 [0008]
- FR 2947041 [0009]
- DE 10201004321 A1 [0010]
