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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Wärmetauscher.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher
zur Verwendung in Kraftfahrzeugklimaanlagen.
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Wärmetauscher
werden im Kraftfahrzeugbau in großen Stückzahlen eingesetzt. Üblicherweise dienen
Wärmetauscher
dem Austausch von Wärme zwischen
zwei Medien, bevorzugt einem flüssigem und
einem gasförmigem
Medium.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist
es, eine gegenüber
bekannten Wärmetauschern
verbesserte Bauform eines Wärmetauschers
zur Verfügung
zu stellen.
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Demnach weist der erfindungsgemäße Wärmetauscher
Strömungskanalelemente
auf, wobei die Strömungskanalelemente
vorzugsweise plattenförmig
ausgeführt
sind. Besonders bevorzugt sind derartige Strömungskanalele mente aus Flachrohren
gefertigt, wobei die Länge
der Strömungskanalelemente
beliebig wählbar
ist.
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Derartige Strömungskanalelemente weisen wenigstens
zwei im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Strömungskanäle auf.
Vorzugsweise verlaufen die Strömungskanäle außerdem zumindest teilweise
parallel zur Längsachse
des Strömungskanalelementes.
Besonders bevorzugt verlaufen die Strömungskanäle im wesentlichen über einen
Großteil
der Länge
des Strömungskanalelementes
parallel zueinander.
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Die Strömungskanalelemente weisen weiterhin
wenigstens einen zumindest teilweise parallel zur Längsachse
des Strömungskanalelementes
verlaufenden Teilungsbereich auf, der zwischen den Strömungskanälen angeordnet
ist und durch den die Strömungskanäle voneinander
abgegrenzt werden. Vorzugsweise erstreckt sich der Teilungsbereich
wenigstens über
einen Teil der Länge
des Strömungskanalelementes,
wie beispielsweise die halbe Länge, zwei
Drittel der Länge,
drei Viertel der Länge,
die ganze Länge
oder aber beliebige Zwischenwerte des Strömungskanalelementes.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
weist der Teilungsbereich Unterbrechungen in seinem Verlauf auf,
durch die freie Querschnitte definiert werden, durch die eine Strömungsverbindung
zwischen den Strömungskanälen der
Strömungskanalelemente
besteht, so dass ein fluides Medium, welches in einem Strömungskanal
fließt, durch
den freien Querschnitt in den anderen Strömungskanal übertreten kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die beiden Strömungskanäle der Strömungskanalelemente daher innerhalb der
Strömungskanalelemente
durch wenigstens einen freien Querschnitt miteinander verbunden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind die Strömungskanalelemente
an einem ihrer Enden flüssigkeitsdicht
verschlossen und der Teilungsbereich verläuft vom Bereich des offenen Endes
des Strömungskanalelementes
im wesentlichen parallel zur Längsmittelachse
des Strömungskanalelementes
bis in den Bereich des fluiddicht verschlossenen Endes des Strömungskanalelementes, wobei
dieser Verlauf Unterbrechungen aufweist, durch die der oder die
freien Querschnitte definiert werden.
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Auf diese Weise fliest ein durch
einen im Strömungskanal
in das Strömungskanalelement
einfließendes
fluides Medium durch den oder die freien Querschnitte hindurch in
den anderen Strömungskanal
und tritt hierdurch wieder aus dem Strömungskanalelement aus.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weisen die Strömungskanäle eine Querschnittsfläche auf,
welche in ihren Verlauf entlang der Längsachse des Strömungskanalelementes
im wesentlichen konstant ist. Besonders bevorzugt ist der Querschnitt
der Strömungskanäle entlang
der Längsachse
des Strömungskanalelementes
im wesentlichen konstant.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher weist weiterhin
einen Flüssigkeitsbehälter auf,
welcher einen Deckelbereich, einen Bodenbereich und wenigstens ein
Trennelement aufweist.
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Der Flüssigkeitsbehälter weist
weiterhin wenigstens eine Anschlusseinrichtung auf, durch die ein Flüssigkeitsein-
bzw. -auslauf in bzw. aus dem Flüssigkeitsbehälter möglich ist.
Hierdurch kann der Wärmetauscher
beispielsweise in einem Heizkreislauf angeordnet werden, so dass
beispielsweise durch mit den Strömungskanalelementen
in Verbindung stehende Heizele mente eine Erwärmung einer die Strömungskanalelemente
durchfließende
Flüssigkeit statt
findet.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind zwischen den Strömungskanalelementen überdies
Kühl- bzw. Weltrippen
angeordnet, so dass über
diese Weltrippen ein Austausch von Wärme zwischen einem den Wärmetauscher
durchströmenden
ersten Medium, vorzugsweise Luft, und einem die Strömungskanäle durchströmenden zweiten
Medium, vorzugsweise Wasser bzw. Kühlmittel oder ein Wasser-Kühlmittel-Gemisch, stattfindet.
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Überdies
kann eine gleichzeitige Erwärmung der
den Wärmetauscher
durchströmenden
Luft und der die Strömungskanäle durchströmenden Flüssigkeit
beispielsweise durch Heizelemente, vorzugsweise PTC-Heizelemente oder
Leistungshalbleiter-Heizelemente erfolgen.
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Das Trennelement dient der Unterteilung
des Innenraums des Flüssigkeitsbehälters in
wenigstens zwei Räume
derart, dass jeweils gleiche Öffnungen der
Strömungskanäle in einer
Strömungsverbindung mit
den jeweiligen Räumen
des Flüssigkeitsbehälters stehen.
Die Räume
sind beispielsweise Ein- bzw. Auslaufräume, die bevorzugt mit jeweils
einer Anschlusseinrichtung strömungsverbunden
sind, so dass ein Einströmen
von Flüssigkeit
in die Einlassseite des Flüssigkeitsbehälters von
dieser in das Strömungskanalelement,
durch dieses hindurch, in die Auslassseite des Flüssigkeitsbehälters und
durch die Anschlusseinrichtung der Auslassseite strömt.
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Das Trennelement teilt die beiden
Räume des
Flüssigkeitsbehälters dabei
im wesentlichen flüssigkeitsdicht
voneinander, indem es sowohl mit dem Deckelbereich als auch mit
dem Bodenbereich des Flüssigkeitsbehälters im
wesentlichen formschlüssig verbunden
ist. Das Trennelement ist dabei vor zugsweise so ausgeführt, dass
die Außenkontur
der Seite des Trennelementes, welche zum Bodenbereich weist, im
wesentlichen dem Oberflächenverlauf
des Bodenbereiches des Flüssigkeitsbehälters entspricht,
so dass eine in wesentlichen formschlüssige Verbindung zwischen der
Außenkontur
des Trennelementes und dem Bodenbereich des Flüssigkeitsbehälters besteht.
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Erfindungsgemäß weist der Bodenbereich des
Flüssigkeitsbehälters Durchführungen
auf, durch welche die Strömungskanalelemente
in den Innenraum des Flüssigkeitsbehälters ragen
und dabei jeweils ein Strömungskanal
des Strömungskanalelementes
mit einem Raun des Flüssigkeitsbehälters strömungsverbunden
ist. Die Öffnungen
der Strömungskanäle ragen
somit in den Flüssigkeitsbehälter, wobei
die Strömungskanalelemente
mit dem Bodenbereich des Flüssigkeitsbehälters beispielsweise durch
einen Ofen-Hartlöt-Prozess
oder durch Kleben oder dergleichen flüssigkeitsdicht verbunden sind.
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Deckelbereich und Bodenbereich des
Flüssigkeitsbehälters können bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
zweiteilig ausgeführt
sein, wobei die beiden Teile beispielsweise durch einen Ofen-Hartlöt-Prozess
oder aber durch Kleben oder dergleichen flüssigkeitsdicht miteinander
verbunden sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind Dekkelbereich und Bodenbereich des
Flüssigkeitsbehälters einstöckig ausgeführt.
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Erfindungsgemäß weist der Teilungsbereich der
Strömungskanalelemente
schlitzförmige
Ausnehmungen auf, welche sich von dem die Strömungskanalöffnungen aufweisenden Ende
der Strömungskanalelemente
zumindest teilweise parallel zur Längsmittelachse des Strömungskanalelementes
er strecken. Vorzugsweise erstrecken sich diese schlitzförmigen Ausnehmungen
derart, dass die Ausnehmungen innerhalb des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sind,
so dass das Trennelement in die Ausnehmungen derart eingreift, dass
die Längsachse
des Trennelementes im wesentlichen parallel zur Flächennormalen
der plattenförmigen
Strömungskanalelemente verläuft und
dass das Trennelement in etwa so ausgeführt ist, dass es passgenau
bzw. formschlüssig
in die Ausnehmungen der Teilungsbereiche eingreift.
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Der Eingriff ist dabei so ausgeführt, dass eventuell
freibleibende Querschnitte nicht größer sind als dass sie durch
Lot oder Klebstoff oder ein ähnliches
Verbindungsmaterial flüssigkeitsdicht
ausgefüllt
werden könnten.
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Idealerweise sind die Ausnehmungen
derart ausgeführt,
dass die Grenze der Ausnehmungen beim eingesteckten Strömungskanalelement
so verläuft,
dass die Oberfläche
des Bodenbereiches durch die Grenzfläche des Teilungsbereiches,
welche sich an die Ausnehmung anschließt, im wesentlichen eben fortgeführt wird.
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Auf diese Weise besteht eine im wesentlichen
formschlüssige
Verbindung der Außenkontur des
Trennelementes mit dem Bodenbereich des Flüssigkeitsbehälters bzw.
der Strömungskanalelemente
auch im Bereich der Durchführungen,
bei denen die Grenzfläche
des Teilungsbereiches an den Trennelement anliegt.
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Zwischen den Wandungen der Strömungskanäle und dem
Trennelement besteht auf diese Weise eine im wesentlichen flüssigkeitsdichte
Verbindung.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Bodenbereich im Abschnitt der
Durchführungen
und insbesondere im Bereich der die Durchführungen begrenzenden Randbereiche
zum Inneren des Flüssigkeitsbehälters vorstehend
ausgeführt.
Auf diese Weise besteht zwischen den Strömungskanalelementen und den
Randbereichen der Durchführungen
eine form- und/oder kraftschlüssige
Verbindung. Dadurch kann auf einfache Weise eine flüssigkeitsdichte
Verbindung zwischen dem Bodenbereich des Flüssigkeitsbehälters und
den Strömungskanalelementen beispielsweise
durch einen Ofen-Hartlöt-Prozess oder
ein Kleben oder dergleichen hergestellt werden.
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Beim Einstecken der Strömungskanalelemente
in einen vorgefertigten erfindungsgemäßen Flüssigkeitsbehälter wird
durch die schlitzförmigen Ausnehmungen
die Einstecktiefe der Strömungskanalelemente
einfach und genau begrenzt, so dass ein exakte Produktion und insbesondere
eine das Erfordernis der Flüssigkeitsdichtigkeit
erfüllende
und gleichzeitig einfache Herstellung der erfindungsgemäßen Wärmetauscher
möglich
ist.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist das Trennelement Vorsprünge auf,
welche in Vertiefungen des Bodenbereichs eingreifen, so dass auch
in diesen Bereichen eine im wesentlichen formschlüssige Verbindung
des Bodenbereichs mit den Trennelementen besteht, welche durch einen
Ofen-Hartlöt-Prozess
oder ein Kleben oder dergleichen fixiert wird. Die Außenkontur
des Trennelementes folgt dabei der Oberfläche des Bodenbereiches des
Flüssigkeitsbehälters zumindest über einen
Teil der Länge des
Flüssigkeitsbehälters parallel.
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Weitere Merkmale der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung
in Verbindung mit den Ansprüchen
und den Zeichnungen.
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Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers für ein Kraftfahrzeug
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Das nachfolgend dargestellte Ausführungsbeispiel
betrifft eine bevorzugte Ausführungsform
eines Wärmetauschers,
insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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1 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers dessen Strömungskanalelemente 2 zwei
Strömungskanäle 11 aufweist,
die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die beiden
Strömungskanäle werden
voneinander durch den Teilungsbereich 7 abgegrenzt und
münden in
einem vorgegebenen Abstand in den Flüssigkeitsbehälter 1.
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Der Flüssigkeitsbehälter 1 besteht
im wesentlichen aus einem Deckelbereich 4 und einem Bodenbereich 3,
wobei gemäß der vorliegenden
Erfindung der Flüssigkeitsbehälter jeweils
ein Ende aller Strömungskanäle der Strömungskanalelemente
aufnimmt. Der Flüssigkeitsbehälter ist
durch ein Trennelement 5, welches im Innenraum des Flüssigkeitsbehälters angeordnet
ist, in wenigstens zwei Räume
unterteilt, deren hydraulische Strömungsrichtung unterschiedlich
ist.
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Diese Räume weisen wenigstens je eine
Anschlusseinrichtung (nicht dargestellt) auf, durch welche das Wärmetauschmedium
dem Wärmetauscher zubzw.
abgeführt
werden kann.
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Gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels
wird das Wärmetauschermedium,
das über eine
erste nicht dargestellte Anschlusseinrichtung in den Wärmetauscher
eingeleitet wird, im ersten Raum des Flüssigkeitsbehälters auf
die hierin angeordneten Strömungskanäle verteilt
und aufgrund einer Zwangsströmung über die
Strömungskanäle in den zweiten
Raum des Flüssigkeitsbehälters geleitet. Über eine
zweite Anschlusseinrichtung wird das Wärmetauschermedium aus dem Wärmetauscher
abgeleitet.
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Der Wärmeübergang zwischen dem Wärmetauschermedium
und dem den Wärmetauscher
umströmenden
Medium erfolgt über
die inneren Oberflächen
der Strömungskanäle und den äußeren Oberflächen des
Wärmetauschers,
wobei gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
die äußere Oberfläche durch
zusätzliche
Kühlrippen
vergrößert wird,
um eine verbesserte Wärmeübertragung
zu erreichen.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weisen
die Strömungskanäle einen
im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, wobei die Seitenübergänge gekrümmt ausgeführt sind.
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Der Bodenbereich des Flüssigkeitsbehälters weist
entsprechend der Zahl der Strömungskanalelemente
Durchführungen
auf, deren angrenzende Bereiche sich in einem vorgegebenen Winkel
bzw. Krümmung
in den Innenraum des Flüssigkeitsbehälters hinein
konusartig erstrecken.
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Diese im wesentlichen an die äußeren Abmessungen
der Strömungskanalelemente 2 angepassten
Durchführungen
sind so gestaltet, dass eine im wesentlichen formschlüssige und
nach dem Hartlötprozess
flüssigkeitsdichte
Verbindung zwischen den Strömungskanalelementen
und dem Bodenbereich 3 besteht.
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Die Strömungskanalelemente 2 weisen
ferner eine schlitzförmige
Ausnehmung 8 auf, welche sich im wesentlichen entlang der
Längsachse
der Strö mungskanalelemente
erstreckt und so gestaltet ist, dass die Ausnehmung mit dem angrenzenden Bodenbereich
des Flüssigkeitsbehälters im
wesentlichen bündig
abschließt.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
greift das im Flüssigkeitsbehälter angeordnete Trennelement 5 in
die schlitzförmigen
Ausführungen 8 ein.
Ferner ist die Außenkontur
des Trennelements so gestaltet, dass die Kontur der inneren Oberflächenstruktur
des Bodenbereichs 3 im wesentlichen folgt und den Behälter in
wenigstens zwei Bereiche unterteilt.
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Durch das Trennelement werden ferner
zwei voneinander getrennte Räume
im Innenraum des Flüssigkeitsbehälters definiert,
die im wesentlichen nur über
die vorgegebenen Strömungswege
der Strömungskanalelemente
in Fluidverbindung stehen und gegenüber der Umgebung flüssigkeitsdicht
sind.
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2 zeigt
einen Längsquerschnitt
eines Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Neben dem Trennelement 5 sind der Bodenbereich 3 und
der Deckelbereich 4 zu erkennen.
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Die 2 zeigt
ferner eine bevorzugte Gestaltung des Bodenbereichs 3 und
der hierin angeordneten Durchführungen 9.
Insbesondere ist der Übergang
zwischen den Ausnehmungen 8 und den sich im Mittelbereich
anschließenden
Bodenbereichsabschnitt 10 zu erkennen, der sich entsprechend
der vorherigen Ausführungen
mit einem vorgegebenen Winkel bzw. einer vorgegebenen Krümmung in
den Innenraum des Flüssigkeitsbehälters erstreckt
und dessen obere Begrenzung bündig
mit dem unteren Ende der Ausnehmungen abschließt.