DE102019114100A1

DE102019114100A1 - Innerer Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102019114100A1
Application number: DE102019114100.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Walter; Hicham Rouhana
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-12-03
Also published as: CN212619469U

Abstract

Die Erfindung betrifft einen inneren Wärmeübertrager (1) eines Kältemittelkreislaufs (2), welcher für einen Wärmetausch zwischen Kältemittel aus einem Hochdruckbereich (3) des Kältemittelkreislaufs (2) und Kältemittel aus einem Niederdruckbereich (4) des Kältemittelkreislaufs (2) vorgesehen ist, mit einem Hochdruckrohr (5) mit einem ersten Kältemitteleinlass (6) und einem ersten Kältemittelauslass (7), wobei das Hochdruckrohr (5) zu einer Hochdruckwendel (8) geformt ist, welche zwischen einer inneren Zylinderwand (9) und einer äußeren Zylinderwand (10) angeordnet ist zur Durchströmung des Kältemittels im Hochdruckbereich (3), wobei der Zwischenraum (11) zwischen den Windungen (12) der Hochdruckwendel (8) zwischen der inneren Zylinderwand (9) und der äußeren Zylinderwand (10) als Niederdruckwendel (13) zur Durchströmung des Kältemittels im Niederdruckbereich (4) dient, wobei das Hochdruckrohr (5) einen Außendurchmesser D und eine Steigung S aufweist, wobei die Querschnittsfläche der Niederdruckwendel (13) eines Umlaufs der Niederdruckwendel (13) A beträgt:A=S*D−π/4*D2wobei A im Bereich von 30 bis 60 mm2und D im Bereich von 6 bis 9 mm liegt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen inneren Wärmeübertrager, insbesondere für einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs.
Hintergrund der Erfindung
Bei Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge ist es bekannt, dass ein innerer Wärmeübertrager verwendet wird, welcher einen Wärmetausch zwischen dem Kältemittel aus dem Hochdruckbereich und dem Kältemittel aus dem Niederdruckbereich durchführt. Dabei wird typischerweise ein Hochdruckrohr zu einer Hochdruckwendel geformt, welche zwischen einer inneren Zylinderwand und einer äußeren Zylinderwand angeordnet wird, zur Durchströmung des Kältemittels im Hochdruckbereich, wobei der Zwischenraum zwischen den Windungen der Hochdruckwendel zwischen der inneren Zylinderwand und der äußeren Zylinderwand als Niederdruckwendel verwendet wird zur Durchströmung des Kältemittels im Niederdruckbereich.
Die thermodynamische Leistung des inneren Wärmeübertragers hängt entscheidend vom Strömungsquerschnitt der Niederdruckwendel zwischen der Hochdruckwendel und der inneren Zylinderwand und der äußeren Zylinderwand ab, wobei Fertigungstoleranzen eine entscheidende Rolle spielen. Dabei bestimmt allerdings der Durchmesser des Rohrs der Hochdruckwendel, die Steigung und die Windungsanzahl der Hochdruckwendel den niederdruckseitigen Druckverlust in der Niederdruckwendel.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen inneren Wärmeübertrager zu schaffen, welche gegenüber dem stand der Technik hinsichtlich des Druckabfalls im Niederdruckbereich verbessert ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen inneren Wärmeübertrager eines Kältemittelkreislaufs, welcher für einen Wärmetausch zwischen Kältemittel aus einem Hochdruckbereich des Kältemittelkreislaufs und Kältemittel aus einem Niederdruckbereich des Kältemittelkreislaufs vorgesehen ist, mit einem Hochdruckrohr mit einem ersten Kältemitteleinlass und einem ersten Kältemittelauslass, wobei das Hochdruckrohr zu einer Hochdruckwendel geformt ist, welche zwischen einer inneren Zylinderwand und einer äußeren Zylinderwand angeordnet ist zur Durchströmung des Kältemittels im Hochdruckbereich, wobei der Zwischenraum zwischen den Windungen der Hochdruckwendel zwischen der inneren Zylinderwand und der äußeren Zylinderwand als Niederdruckwendel zur Durchströmung des Kältemittels im Niederdruckbereich dient, wobei das Hochdruckrohr einen Außendurchmesser D und eine Steigung S aufweist, wobei die Querschnittsfläche der Niederdruckwendel eines Umlaufs der Niederdruckwendel A beträgt: $A = S*D - π {/4*D}^{2}$
wobei A im Bereich von 30 bis 60 mm² und D im Bereich von 6 bis 9 mm liegt. Dadurch wird erreicht, dass der Druckabfall im Niederdruckbereich einen akzeptablen Wert annimmt.
Insbesondere liegt das Optimum von A bei einem Durchmesser D_optA von 2 *S / π.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn A im Bereich von 35 bis 55 mm² liegt und/oder D im Bereich von 6 und 8,5 mm liegt.
Auch ist es bei einem anderen Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn S/D im Bereich zwischen 0,7 und 3 liegt, insbesondere zwischen 1 und 2.
Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn das Verhältnis zwischen der Steigung S und dem Außendurchmesser D, also S/D, im Bereich zwischen 1,4 und 1,6 liegt, insbesondere bei 1,57. Dadurch wird eine günstige Querschnittsfläche für die Niederdruckwendel erzeugt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Hochdruckrohr eine Wandstärke d aufweist, die im Bereich von 0,3 und 1,5 mm liegt. Dadurch wird einerseits eine stabile Rohrgestaltung gewählt und andererseits eine ausreichend große freie Querschnittsfläche für die Kältemitteldurchströmung erreicht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die innere Zylinderwand eine Außenwand eines Akkumulatorbehälters für Kältemittel ist. Dadurch wird eine integrierte Bauform erreicht.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die äußere Zylinderwand eine Gehäusewand eines umgebenden Gehäuses ist. Dadurch wird ebenso eine integrierte Bauform erreicht, wobei kein gesondertes Rohr für die Niederdruckwendel benötigt wird.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die äußere Zylinderwand beiderseits von einem Deckel verschlossen ist. Dadurch wird ein abgeschlossenes Gefäß erzeugt, welches die beiden Wendeln, die Hochdruckwendel und die Niederdruckwendel in sich aufnimmt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn in den Deckeln erste Anschlusselemente angeordnet sind, mittels welchen das Hochdruckrohr als Hochdruckwendel an den Kältemittelkreislauf anschließbar ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn in den Deckeln zweite Anschlusselemente angeordnet sind, mittels welchen die Niederdruckwendel an den Kältemittelkreislauf anschließbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
Figurenliste
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines inneren Wärmeübertragers,
2 eine Ansicht einer Teilwendel der Hochdruckwendel des inneren Wärmeübertragers, und
3 ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teilschnitts durch ein Ausführungsbeispiel eines inneren Wärmeübertragers 1, wie er beispielsweise in einem Kältemittelkreislauf 2, insbesondere eines Kraftfahrzeugs verwendbar ist.
Der innere Wärmeübertrager 1 ist für einen Wärmetausch zwischen Kältemittel aus einem Hochdruckbereich 3 des Kältemittelkreislaufs 2 und Kältemittel aus einem Niederdruckbereich 4 des Kältemittelkreislaufs 2 vorgesehen. Der innere Wärmeübertrager 1 weist ein Hochdruckrohr 5 mit einem ersten Kältemitteleinlass 6 und einem ersten Kältemittelauslass 7 auf, wobei das Hochdruckrohr 5 zu einer Hochdruckwendel 8 geformt ist.
Die Hochdruckwendel 8 ist zwischen einer inneren Zylinderwand 9 und einer äußeren Zylinderwand 10 angeordnet. Sie dient der Durchströmung des Kältemittels im Hochdruckbereich 3. Die 2 zeigt einen Ausschnitt der Hochdruckwendel 8 des Hochdruckrohrs 5 zwischen der inneren Zylinderwand 9 und der äußeren Zylinderwand 10. Durch das Hochdruckrohr 5 strömt das Kältemittel im Hochdruckbereich 3.
Der Zwischenraum 11 zwischen den Windungen 12 der Hochdruckwendel 8 zwischen der inneren Zylinderwand 9 und der äußeren Zylinderwand 10 dient als Niederdruckwendel 13 zur Durchströmung des Kältemittels im Niederdruckbereich 4.
Dabei weist das Hochdruckrohr 5 einen Außendurchmesser D und eine Steigung S auf, wobei die Querschnittsfläche A der Niederdruckwendel 13 eines Umlaufs der Niederdruckwendel 13 folgenden Wert beträgt: $A = S*D - π {/4*D}^{2} .$
Der Wert von A liegt erfindungsgemäß im Bereich von 30 bis 60 mm². Vorteilhaft liegt A im Bereich von 35 bis 55 mm².
Der Wert von D liegt erfindungsgemäß insbesondere im Bereich von 6 bis 9 mm, insbesondere im Bereich von 6 und 8,5 mm.
Das Verhältnis der Steigung S zu dem Außendurchmesser D, also S/D, liegt im Bereich zwischen 0,7 und 3, insbesondere zwischen 1 und 2, vorteilhaft im Bereich zwischen 1,4 und 1,6, insbesondere bei 1,57.
Das Hochdruckrohr 5 hat eine Wandstärke d, die im Bereich von 0,3 und 1,5 mm liegt.
Die 1 zeigt, dass die innere Zylinderwand 9 eine Außenwand eines Akkumulatorbehälters 14 für Kältemittel ist. Die äußere Zylinderwand 10 ist eine Gehäusewand eines umgebenden Gehäuses 15.
Dabei ist das Gehäuse 15 und damit die äußere Zylinderwand 10 beiderseits von einem Deckel 16 verschlossen. In den beiden Deckeln 16 sind erste Anschlusselemente 17 angeordnet, mittels welchen das Hochdruckrohr 5 als Hochdruckwendel 8 an den Kältemittelkreislauf 2 anschließbar ist. Weiterhin sind in den Deckeln 16 zweite Anschlusselemente 18 angeordnet, mittels welchen die Niederdruckwendel 13 an den Kältemittelkreislauf 2 anschließbar ist.
Die 3 zeigt ein Diagramm, in welchem Kurven 20 bis 24 dargestellt sind, welche die Fläche A der Niederdruckwendel 13 (ND) als Funktion des Durchmessers D bei verschiedenen Steigungen S von 11,4 mm bis 13,0 mm aufgetragen sind. Die Kurve 25 zeigt den Verlauf des Maximums der Kurven 20 bis 24 als Funktion von D. Man erkennt, dass das Maximum der Fläche A zu größerer Steigung S hin sich zu größerem D verschiebt und im Bereich von etwa 6,5 bis 8,5 liegt.

Claims

Innerer Wärmeübertrager (1) eines Kältemittelkreislaufs (2), welcher für einen Wärmetausch zwischen Kältemittel aus einem Hochdruckbereich (3) des Kältemittelkreislaufs (2) und Kältemittel aus einem Niederdruckbereich (4) des Kältemittelkreislaufs (2) vorgesehen ist, mit einem Hochdruckrohr (5) mit einem ersten Kältemitteleinlass (6) und einem ersten Kältemittelauslass (7), wobei das Hochdruckrohr (5) zu einer Hochdruckwendel (8) geformt ist, welche zwischen einer inneren Zylinderwand (9) und einer äußeren Zylinderwand (10) angeordnet ist zur Durchströmung des Kältemittels im Hochdruckbereich (3), wobei der Zwischenraum (11) zwischen den Windungen (12) der Hochdruckwendel (8) zwischen der inneren Zylinderwand (9) und der äußeren Zylinderwand (10) als Niederdruckwendel (13) zur Durchströmung des Kältemittels im Niederdruckbereich (4) dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckrohr (5) einen Außendurchmesser D und eine Steigung S aufweist, wobei die Querschnittsfläche der Niederdruckwendel (13) eines Umlaufs der Niederdruckwendel (13) A beträgt: $A = S*D - π {/4*D}^{2}$
wobei A im Bereich von 30 bis 60 mm² und D im Bereich von 6 bis 9 mm liegt.
Innerer Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass A im Bereich von 35 bis 55 mm² liegt und/oder D im Bereich von 6 und 8,5 mm liegt.
Innerer Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass S/D im Bereich zwischen 0,7 und 3 liegt, insbesondere zwischen 1 und 2.
Innerer Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass S/D im Bereich zwischen 1,4 und 1,6 liegt, insbesondere bei 1,57.
Innerer Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckrohr (5) eine Wandstärke d aufweist, die im Bereich von 0,3 und 1,5 mm liegt.
Innerer Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Zylinderwand (9) eine Außenwand eines Akkumulatorbehälters (14) für Kältemittel ist.
Innerer Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Zylinderwand (10) eine Gehäusewand eines umgebenden Gehäuses (15) ist.
Innerer Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Zylinderwand (10) beiderseits von einem Deckel (16) verschlossen ist.
Innerer Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Deckeln (16) erste Anschlusselemente (17) angeordnet sind, mittels welchen das Hochdruckrohr (5) als Hochdruckwendel (8) an den Kältemittelkreislauf (2) anschließbar ist.
Innerer Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Deckeln (16) zweite Anschlusselemente (18) angeordnet sind, mittels welchen die Niederdruckwendel (13) an den Kältemittelkreislauf (2) anschließbar ist.