[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung
für ein Fahrzeug.
[0002] Ein herkömmlicher Kondensator für Kältemittel in einem Fahrzeug ist über eine Leitung
mit einem Vorratsbehälter für verflüssigtes Kühlmittel verbunden. Die Leitung weist
Verbindungsstellen, wie Flansche, Verschraubungen und Dichtelemente zwischen Rohrstücken
auf. Daher weist ein herkömmlicher Kondensator eine Vielzahl von potentiellen Leckstellen
auf. Eine Vielzahl an Bauteilen und aufwendige Anbindung und Befestigung über Halter
bedingen hohe Kosten und machen das Package unwirtschaftlich.
[0003] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung
für ein Fahrzeug zu schaffen.
[0004] Aufgabe wird durch Vorrichtung zur Wärmeübertragung für ein Fahrzeug gemäß dem Hauptanspruch
gelöst.
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Vorratsbehälter
für Kältemittel als Sammler unmittelbar in einen Kondensator integriert werden kann.
Dadurch können kritische Verbindungsstellen in Leitungen entfallen, die anfällig für
Undichtigkeiten können. Der Vorratsbehälter und der Kondensator können durch ein Fügeverfahren
wie Schweißen oder Löten stoffschlüssig verbunden werden. Über eine entsprechende
Gestaltung Übergangsbereichs zwischen den Bauteilen kann beispielsweise ein Abschlusselement
des Kondensators ein integraler Bestandteil des Vorratsbehälters sein. Um kompakte
Bauweise zu realisieren ist es möglich, den Kondensator als indirekten Kondensator
mit einem Kühlmittel wie beispielsweise Wasser oder einem Glykol-Wasser-Gemisch zu
kühlen. Gegenüber einer Ausführung des Kondensators mit einem Wärmeübergang zwischen
dem Kondensator und Luft ergibt sich ein kleinerer Wärmetauscher, da aufgrund einer
höheren Wärmekapazität von Wasser und einem günstigeren Wärmeübergangskoeffizienten
eine geringere Fläche für den Wärmeübergang notwendig ist. Dadurch lässt sich der
Kondensator näher an anderen Komponenten eines Kältemittelkreislaufs platzieren. Durch
den geringeren Raumbedarf lässt sich der Vorratsbehälter in das Kondensatorbauteil
integrieren. Eine geringere Anzahl verbauter Komponenten bedingt geringere Herstellungskosten,
sowie geringere Montagekosten. Ein Entfall von Verbindungsflanschen und Leitungen
führt zu einer verbesserten Dichtheit.
[0006] Vorteilhafterweise kann durch eine direkte Kombination eines flüssigkeitsgekühlten
Kondensators mit einem Volumenelement, innerhalb eines einstückigen Bauteils, eine
kompaktere Bauform erzielt werden, die hinsichtlich eines Bauraums optimiert ist.
Dadurch ist auch ein Entfall von Flanschen und Verbindungsbauteilen möglich, Durch
eine Kompletttötung, die zu einem Bauteil und somit dem Entfall von Verbindungsflanschen
und Rohrleitungen führt, ist ein Kostenvorteil durch geringere Materialkosten realisierbar.
Auch kann eine verbesserte Dichtheit durch einen Entfall von O-Ringen und durch eine
Verringerung potentieller Leckstellen erreicht werden.
[0007] Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung für ein Fahrzeug,
mit folgenden Merkmalen:
einem Kondensator zur Kondensation eines Kältemittels, mit einem ersten Strömungskanal
zur Leitung des und einem zweiten Strömungskanal zur Leitung eines Fluids, wobei die
Strömungskanäle ausgebildet sind, um Wärmeenergie von dem Kältemittel auf das Fluid
zu übertragen; und
einem Volumenelement, das zur Bevorratung des Kältemittels fluidisch mit dem ersten
Strömungskanal verbunden ist, wobei das Volumenelement stoffschlüssig mit dem Kondensator
verbunden ist.
[0008] Unter einem Kondensator kann ein Wärmetauscher verstanden werden, der dazu ausgebildet
ist, ein Fluid unter Energieentzug von einer gasförmigen Phase in eine zumindest teilweise
flüssige Phase überzuführen. Dazu kann beispielsweise ein weiteres Fluid im Kondensator
die entzogene Energie aufnehmen. Das weitere Fluid kann eine Flüssigkeit, wie Wasser
mit oder ohne Additive, sein. Das weitere Fluid kann ebenso ein Gas wie Luft oder
Kohlendioxid sein. Der Kondensator kann zumindest zwei Strömungskanäle aufweisen.
Ein Strömungskanal kann gegenüber dem anderen Strömungskanal und/oder der Umwelt fluidundurchlässig
sein. Die Strömungskanäle können in unmittelbare Nachbarschaft zueinander angeordnet
sein, so ein Energiefluss in Form von Wärme zwischen den Strömungskanälen geringen
Wärmewiderstand überwinden muss. Die Strömungskanäle können aus einem mit guter Wärmeleitfähigkeit,
wie beispielsweise Kupfer, Aluminium, Kunststoff oder Eisenwerkstoffen bestehen. In
den Strömungskanälen können Einbauten angeordnet sein, die den Wärmeübergang zwischen
dem Fluid und einer Grenzfläche des Strömungskanals verbessern, Beispielsweise können
Turbulenzbleche oder andere turbulenzerzeugende Strukturen in den Strömungskanälen
angeordnet sein. In den ersten Strömungskanal kann ein Kältemittel eingebracht werden.
Das Kältemittel kann beispielsweise bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme
aufnehmen und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgeben. In den zweiten
Strömungskanal kann ein Kühlmittel eingebracht werden. Das Kühlmittel kann beispielsweise
Kühlwasser sein. Das Kühlmittel kann Wärme abtransportieren. Unter einem Volumenelement
kann ein Vorratsbehälter verstanden werden. Das Volumenelement kann gegenüber der
Umgebung fluiddicht ausgeführt Das Volumenelement kann zumindest zwei Öffnungen aufweisen,
durch die das Kältemittel im ersten Strömungskanal ein- oder ausströmen kann. Das
Volumenelement kann mit Kondensator verlötet, geklebt oder verschweißt sein. Die Vorrichtung
kann mehrere Anschlüsse aufweisen. Durch einen der Anschlüsse kann das Kältemittel
in den ersten Strömungskanal des Kondensators einströmen, durch einen zweiten der
Anschlüsse kann das Kältemittel aus der Vorrichtung ausströmen. Durch einen dritten
Anschluss kann das Kühlmittel in den zweiten Strömungskanal einströmen, und durch
einen vierten Anschluss kann das Kühlmittel aus dem zweiten Strömungskanal ausströmen.
[0009] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung
eine Grundplatte, die zwischen dem Kondensator und dem Volumenelement angeordnet ist,
wobei eine erste der Grundplatte eine Grundfläche des Kondensators ausbildet, und
eine zweite Seite der Grundplatte eine Deckfläche des Volumenelements ausbildet, Unter
einer Grundplatte kann ein Zwischenelement verstanden werden. Eine Erstreckungsebene
einer Grundfläche des Kondensators kann mit einer Erstreckungsebene einer Deckfläche
des Volumenelements übereinstimmen, das heißt, dass zumindest ein Teil der Grundfläche
des Kondensators durch das Zwischenelement gebildet wird. Auch kann die Grundfläche
direkt angrenzend an die Deckfläche angeordnet sein. Die Grundplatte kann auf einer
ersten Seite Bestandteil des Kondensators und auf zweiten, gegenüberliegenden Seite
Bestandteil des Volumenelements sein. Die Grundplatte kann das Volumenelement fluiddicht
von dem zweiten Strömungskanal trennen. Durch einen gestapelten Aufbau der Vorrichtung
kann Fertigung besonders effizient erfolgen.
[0010] Ferner kann das Volumenelement zumindest eine Durchleitung zur Leitung des Fluids
oder des Kältemittels durch das Volumenelement aufweisen, wobei die Durchleitung mit
dem ersten oder zweiten Strömungskanal fluidisch verbunden ist. Eine Durchleitung
im Sinne der Erfindung kann beispielsweise ein Rohr oder ein oder mehrere Kanäle sein,
Die Durchleitung kann insbesondere das Fluid aus dem zweiten Strömungskanal durch
das Volumenelement leiten, wenn der Strömungskanal auf einer Seite des Volumenelements
angeschlossen ist, die von einer Seite des Volumenelements abweicht, auf der sich
der Kondensator befindet. Dadurch können unterschiedliche Anschlusssituationen im
Fahrzeug bei geringstem Bauraumvolumen bewältigt werden.
[0011] Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung
ein Unterkühlungselement, mit einem dritten Strömungskanal zur Leitung des Kältemittels
und einem vierten Strömungskanal zur Leitung des Fluids aufweisen, wobei der dritte
Strömungskanal zur Unterkühlung des Kühlmittels aus dem Volumenelement fluidisch mit
dem Volumenelement verbunden ist, und wobei der vierte Strömungskanal fluidisch mit
dem zweiten Strömungskanal verbunden sein kann, wobei das Unterkühlungselement stoffschlüssig
mit dem Volumenelement verbunden ist. Unter einem Unterkühlungselement kann ein Wärmetauscher
verstanden werden. In dem Unterkühlungselement kann dem kondensierten, in flüssiger
Phase vorliegenden Kältemittel weitere Wärmeenergie entzogen werden. Dadurch kann
eine Temperatur des flüssigen Kältemittels weiter unter eine Verdampfungstemperatur
des Kältemittels abgesenkt werden. Ein dritter Strömungskanal kann von dem Volumenelement
zu einem Anschluss für das Kältemittel führen. Ein vierter Strömungskanal kann das
Fluid so führen, dass es Wärmeenergie aus dem Kältemittel entziehen kann. Der dritte
und vierte Strömungskanal können voneinander fluiddicht getrennt sein. Durch ein Unterkühlungselement
kann das Kältemittel eine größere Wärmeaufnahmekapazität erreichen, als direkt nach
der Kondensation im Kondensator.
[0012] In einer weiteren Ausführungsform kann das Unterkühlungselement auf einer dem Kondensator
gegenüberliegenden Seite des Volumenelements angeordnet sein. Alternativ können das
Unterkühlungselement und der Kondensator auf der gleichen Seite des Volumenelements
angeordnet sein. Durch diese Anordnung kann das Kältemittel zuerst durch den Kondensator
in das Volumenelement und anschließend aus dem Volumenelement durch das Unterkühlungselement
fließen Dabei können der Kondensator und das Unterkühfungseiement voneinander beabstandet
angeordnet sein. Der Kondensator und ebenfalls oder alternativ das Unterkühlungselement
können mehrere verschachtelte Plattenelemente aufweisen. Dabei können die Strömungskanäle
durch die Plattenelemente gebildet werden. Ferner können der Kondensator und/oder
das Unterkühlungselement Turbulenzelemente aufweisen. Unter einem Plattenelement kann
ein vorwiegend in einer Haupterstreckungsebene ausgeformtes Bauteil, wie eine Stapelscheibe
verstanden werden. Das Plattenelement kann Erhebungen, Vertiefungen und/oder Durchbrüche
aufweisen, die ausgebildet sind, um ein erstes Plattenelement mit zumindest einem
weiteren Plattenelement zu verbinden und dabei zumindest zwei Strömungskanäle auszubilden.
Unter einem Turbulenzelement kann ein Bauteil verstanden werden, dass durch Durchbrüche,
Einschnitte und/oder Ausprägungen ausgebildet ist, um in einem vorbeiströmenden Fluid
Wirbel zu erzeugen und eine turbulente Strömung hervorzurufen. Dabei kann das Turbulenzelement
innerhalb eines oder mehrerer Strömungskanäle angeordnet sein. Mehrere Plattenelemente
können gegengleich ineinander verschachtelt werden, um die Strömungskanäle auszubilden.
Dabei können der Kondensator und/oder das Unterkühlungselement das Fluid von dem Kältemittel
getrennt leiten. Durch Stapelscheibenbauweise lässt sich eine einfache, wirtschaftliche
Fertigungsmethode realisieren, da die Stapelscheiben selbstzentrierend sein können
und keine beweglichen Teile in dem Stapel angeordnet sind. Ein Stapel Stapelscheiben
lässt sich mit angrenzendes Volumenelement und auch mit Unterkühlungselement in einem
Arbeitsgang komplett löten, kleben oder schweißen.
[0013] In einer zusätzlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Volumenelement
aus weiteren Plattenelementen und zumindest einem eingefügten Rippenelement aufgebaut
sein, wobei das Rippenelement ausgeformt ist, um vergrößerte Strömungskanäle zur Bevorratung
des Kältemittels auszubilden. Auch das Volumenelement lässt sich aus Stapelscheiben
aufbauen. Dafür können die Turbulenzelemente durch zumindest ein Rippenelement ausgetauscht
werden. Das Rippenelement kann ein Abstandhalter sein, der zwischen Rippen des Abstandhalters
mit den Plattenelementen Hohlräume ausbilden kann. Die Hohlräume können gegenüber
der Umwelt fluiddicht abgeschlossen sein. Die Rippen können beispielsweise versetzt,
durchgehend oder mit Kiemen ausgebildet sein. Durch den Aufbau des Volumenelements
aus Stapelscheiben und Rippenelementen kann die Herstellung der Vorrichtung weiter
vereinfacht und rationalisiert werden.
[0014] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Volumenelement
im Inneren zumindest zwei Versteifungsrippen aufweisen, wobei eine äußere Hülle des
Volumenelements zwischen den Versteifungsrippen eine nach außen gewölbte Form aufweist.
Das Volumenelement kann auch ganz oder teilweise aus einem Stranggussteil oder Gussteil
bestehen. Dadurch kann eine Wandstärke des Volumenelements einem Betriebsdruck im
Volumenelement angepasst werden. Die Wandstärke kann durch Verstärkungsrippen im Volumenelement
und/oder druckoptimierter Wandgestaltung minimiert werden. Eine nach außen gewölbte
Form kann bei gleicher Wandstärke höherem Druck widerstehen, als eine Form.
[0015] Entsprechend einer weiteren Ausführungsform das Volumenelement ein zum Filtern des
Kältemittels und zusätzlich oder alternativ ein Mittel zum Trocknen oder Entwässern
des Kältemittels. Dadurch kann eine gleichbleibende Qualität des Kältemittels sichergestellt
werden. Das Mittel zum Filtern des Kältemittels und/oder ein Mittel zum Trocknen oder
Entwässern des Kältemittels kann alternativ auch an dem Volumenelement angebracht
sein.
[0016] Gemäß einer Ausführungsform kann das Volumenelement ein im freies Innenvolumen zwischen
0,3 dm
3 und 0,01 dm
3 aufweisen. Dadurch kann eine für das Kühlsystem geeignete Flüssigkeitsmenge im Volumenelement
bevorratet werden. Unter dem Merkmal "ein im Betrieb freies Volumen" ist erfindungsgemäß
das Volumen des Volumenelementes abzüglich etwaiger Einbauten wie Mittel zum Filtern,
Trocknen, etc. zu verstehen,
[0017] Unabhängig davon kann es erfindungsgemäß von Vorteil sein, wenn die Vorrichtung zur
Wärmeübertragung für ein Fahrzeug folgende Merkmale aufweist: ein Unterkühlungselement
zur Unterkühlung eines Kältemittels mit zumindest einem dritten Strömungskanal zur
Leitung des Kältemittels und zumindest einem vierten Strömungskanal zur Leitung eines
Fluids, wobei die Strömungskanäle ausgebildet sind, um Wärmeenergie von dem Kältemittel
auf das Fluid zu übertragen und einem Volumenelement, das zur Bevorratung des Kältemittels
fluidisch mit dem dritten Strömungskanal verbunden ist, wobei das Volumenelement stoffschlüssig
mit dem Unterkühlungselement verbunden ist. Gemäß dieser Ausführungsform bilden also
das Unterkühlungselement und das Volumenelement eine Baueinheit, wobei der Kondensator
als separates Bauteil ausgebildet ist und beispielsweise über Leitungen fluidisch
mit dem Volumenelement verbunden ist.
[0018] Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend nehmend
auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1a bis 1d
- schematische Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung
gemäß dem hier vorgestellten Ansatz;
- Fig. 2 und 3
- räumliche Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele eines Kondensators mit einem direkt
verbundenen Volumenelement gemäß dem hier vorgestellten Ansatz;
- Fig. 4 und 5
- Seitenansichten zweier Ausführungsbeispiele eines Kondensators mit einem direkt verbundenen
Volumenelement und einem direkt verbundenen Unterkühlungselement gemäß dem hier vorgestellten
Ansatz
- Fig. 6a bis 7b
- Draufsichten und Schnitte zweier Ausführungsbeispiele eines Bestandteils eines Volumenelements
gemäß dem hier vorgestellten Ansatz;
- Fig. 8a und 8b
- eine Seitenansicht und einen Teilschnitt eines Kondensators mit einem direkt verbundenen
Volumenelement aus Stapelplatten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung; und
- Fig. 9a und 9b
- eine Seitenansicht und einen Teilschnitt eines Kondensators mit einem direkt verbundenen
Volumenelement aus Stapelplatten und einem direkt verbundenen Unterkühlungselement
gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 10a und 10b
- zwei weitere Ausführungsbeispiele einer edindungsgemäßen Vorrichtung.
[0019] In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich
wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte
Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
[0020] Die Figuren 1a bis 1d stellen in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung schematisch Kerngesichtspunkt der Erfindung dar. Kern ist jeweils ein kühlmittelgekühlter
Kondensator (iCond), der aus einem Kondensationsteil 102 und einem mit dem Kondensationsteil
102 unlösbar verbunden Sammler 104 als Volumenkörperbesteht, Optional kann, wie in
den Figuren 1b und 1c gezeigt, auch ein Unterkühlungsteil 106 unlösbar oder auch lösbar
mit dem Kondensationsteil 102 oder dem Sammler 104 verbunden sein, Die Einbaulage
des Unterkühlungsteils kann hierbei beliebig sein. Der Sammler 104 und das Unterkühlungsteil
106 können, wie in Fig. 1d beispielhaft gezeigt, gleiche oder unterschiedliche Abmessungen
aufweisen.
[0021] Fig. 1a zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung für ein
Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Kondensator
102 ist mit einem Volumenelement 104 stoffschlüssig verbunden. Der Kondensator weist
zumindest einen ersten Strömungskanal 108 zur Leitung eines Kältemittels 110, zumindest
einen zweiten Strömungskanal 112 zur Leitung eines Fluids 114 auf. Der erste Strömungskanal
108 ist gegen den zweiten Strömungskanal 112 fluiddicht abgedichtet. Der erste Strömungskanal
weist eine Einflussöffnung und eine Ausflussöffnung auf, wobei die Ausflussöffnung
in das Volumenelement 104 mündet. Damit ist die Ausflussöffnung des ersten Strömungskanals
108 auch eine Einflussöffnung des Volumenelements 104. Das Volumenelement 104 ist
als Vorratsbehälter für das Kältemittel 110 vorgesehen. Das Volumenelement 104 weist
ebenfalls eine Ausflussöffnung für das Kältemittel 110 auf. Der zweite Strömungskanal
112 im Kondensator 102 weist einen Einlauf für das Fluid 114, sowie einen Auslauf
für das Fluid 114 auf. Im Kondensator 102 kann Wärmeenergie von dem Kältemittel 110
auf das Fluid 114 übertragen werden.
[0022] Fig. 1b zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung für ein Fahrzeug
als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 1a ist ein Kondensator
102 mit einem Volumenelement 104 stoffschlüssig verbunden. Im Unterschied zu Fig.
1a ist auf einer dem Kondensator 102 gegenüberliegenden Seite des Volumenelements
104 ein Unterkühlungselement 106 angeordnet, Das Unterkühlungselement 106 ist mit
dem Volumenelement 104 ebenfalls stoffschlüssig verbunden. Wie in Fig. 1b gezeigt,
ist der Kondensator 102 oberhalb des Volumenelements 104 angeordnet und das Unterkühlungselement
106 ist unterhalb des Volumenelements 104 angeordnet. Dadurch kann kondensiertes Kältemittel
durch die Schwerkraft aus dem Kondensator 102 in das Volumenelement 104 fließen und
dort bevorratet werden. Aus dem Volumenelement 104 kann das flüssige Kältemittel durch
die Schwerkraft in das Unterkühlungselement 106 fließen und dort weiter abgekühlt
werden. Der Kondensator 102, das Volumenelement 104 und das Unterkühlungselement 106
können jeweils die gleiche Querschnittfläche aufweisen.
[0023] Fig. 1c zeigt eine Prinzipskizze einer weiteren Vorrichtung zur Wärmeübertragung
für ein Fahrzeug als weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie
in Fig. 1b ist ein Kondensator 102 zumindest mit einem Volumenelement 104 und/oder
einem Unterkühlungselement 106 stoffschlüssig verbunden. Im Unterschied zu Fig. 1b
sind der Kondensator 102 und das Unterkühlungselement 106 auf der gleichen Seite des
Volumenelements 104 angeordnet. Durch die Anordnung des Unterkühlelements 106 auf
der gleichen Seite des Volumenelements 104, wie der Kondensator 102, können besondere
Bauraum-Voraussetzungen berücksichtigt werden. Weiterhin ergibt sich die Möglichkeit,
eine größere Menge an Kältemittel zu bevorraten, da das Volumenelement 104 im Vergleich
zu dem Kondensator 102 und dem Unterkühlungselement 106 eine größere Abmessung aufweist.
[0024] Fig. 1d zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung für ein Fahrzeug
als weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die gezeigte Anordnung
folgt im Wesentlichen der Anordnung aus Fig. 1b, mit einem Kondensator 102, einem
Volumenelement 104 und einem Unterkühlungselement 106, die stoffschlüssig miteinander
verbunden sind, wobei der Kondensator 102 und das Unterkühlungselement 106 auf gegenüberliegenden
Seiten des Volumenelements 104 angeordnet sind. Im Unterschied zu Fig. 1b weisen die
Einzelbestandteile der Vorrichtung unterschiedliche Dimensionen auf. So weist das
Volumenelement 104 geringere Abmessungen als der Kondensator 102 auf. Das Unterkühlungselement
106 weist wiederum geringere Abmessungen als das Volumenelement 104 auf. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel sich die geringeren Abmessungen jeweils auf die Höhe und Grundfläche
der jeweiligne Einzelbestandteile. Damit können die Einzelbestandteile an spezifische
Betriebsbedingungen, Bauraum- und Leistungsanforderungen angepasst werden.
[0025] Die Figuren 2 bis 5 zeigen jeweils einen kühlmittelgekühlten Kondensators 102 in
Stapelscheibenbauweise, gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung. Dabei ist je ein Wärmeüberträger in Komplettlötung mit integriertem Sammler
dargestellt. Von der Stapelbauweise abweichende Bauformen sind ebenso möglich. Der
Wärmeübergang erfolgt in einem ersten Teil durch geschichtete Stapeischeiben, die
abwechselnd mit Kältemittel und Wasser oder einem Glykolgemisch durchströmt werden.
Dieser erste Teil wird durch ein geeignetes Teil 204 abgeschossen. In diesem Fall
durch eine so genannte Grundplatte 204. An die Grundplatte 204schließt sich direkt
ein Volumenelement 104 an, welches zur Kältemittelbevorratung dient. Das Volumenelement
104 kann beidseitig offen, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, oder einseitig
offen hergestellt werden, wie es in den Figuren 2 und 5 dargestellt ist. Die Abmessungen
des Volumenteiles 104 können kleiner, gleich oder größer als der Stapetscheiben-Wärmeübertragerteil
102 sein. Das Volumenelement 104 weist zumindest einen Kältemitteleintritt und einen
Kältemittelaustritt 206 auf. Dabei kann der Kältemitteleintritt über die offene Seite
erfolgen. Zusätzlich kann das Volumenelement 104 ein oder mehrere Kanäle zur weiteren
Führung von Kältemittel und/oder Wasser bzw. einem Glykolgemisch aufweisen, um beispielsweise
eine Unterkühlstrecke 106 mit Kältemittel oder Wasser zu versorgen oder eine spezielle
Anschlusssituation darzustellen. Prinzipiell ist der Aufbau auch für alternative Kondensatorbauweisen,
wie beispielsweise Flachrohrpakete oder Rippenpakete möglich. Die Stapelscheibe ist
lediglich ein Ausführungsbeispiel, z.B. ist auch eine gestapelte Variante von extrudierten
Profilen und Turbulenzeinlagen möglich. Durch eine zusätzliche Integration eines Filters
und/oder eines Trockenmittels in das Volumenelement (Sammler) ist eine Erhaltung von
gewünschten Eigenschaften des Kältemittels möglich. Die hier Wasser- und Kältemittelseitig
dargestellten Anschlüsse sind von der Anordnung beispielhaft zu verstehen und können
beliebig angeordnet sein.
[0026] Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Indirekten Kondensators
102 mit integriertem Vorratsbehälter 104 (KOMO). Der Kondensator 102 ist unter Verwendung
von Stapeischeiben als kühlmittelgekühlter Kondensator 102, d.h. ein Bauteil, das
mit Kältemittel und Kühlwasser durchströmt wird, ausgeführt. Der Vorratsbehälter ist
als Volumenbauteil 104 ausgeführt. Durch den Ersatz eines luftgekühlten Kondensators
durch einen Kühlmittelgekühlten Kondensator 102 ergeben sich neue und andere Möglichkeiten
und Bedingungen zur Integration eines Sammlers in das Bauteil. Dadurch kann die Zahl
von Verbindungsstellen reduziert werden und eine Anbringung des gesamten Bauteiles
im Motorraum verbessert werden. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird der Stapel von Stapelscheiben
nach unten von einer Grundplatte 204 begrenzt. Die Grundplatte 204 verschließt gleichzeitig
das Volumenelement 104 in Richtung des Kondensators 102 fluiddicht und steht über
äußere Kanten des Volumenelements 104 umlaufend über. Das Volumenelement 104 ist in
diesem Ausführungsbeispiel als Fließpressteil, Gussteil oder Druckgussteil mit direkt
einstückig integriertem Boden ausgeführt. Durch den Boden ragt ein Kältemittelaustritt
206 nach unten aus dem Volumenelement 104. Aus dem Kondensator 102 führen rechts und
links auf einer Oberseite zwei rohrförmige Wasseranschlüsse 208 zur Zu- und Abfuhr
von Kühlwasser nach oben hinaus. Die Stapeischeiben haben eine viereckige Form mit
abgerundeten Ecken und weisen einen nach oben geprägten Rand auf, der einen Hohlraum
im Stapel zwischen zwei Stapelscheiben abschließt.
[0027] Fig. 3 zeigt eine Ansicht einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Im Wesentlichen entspricht die Darstellung Fig. 3 der
Darstellung in Fig. 2. Im Unterschied zu Fig. 2 ist das Volumenelement 104 hier als
Extrusions- oder Stranggussteil ausgeführt. Daher schließt eine weitere Grundplatte
204 das Volumenelement 104 ab. Die Grundplatte 204 ist auf einer, dem Kondensator
102 gegenüberliegenden Seite des Volumenelements 104 angeordnet.
[0028] Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Vorrichtung zur Wärmeübertragung gemäß
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich zur Vorrichtung
in Fig. 3 weist diese Vorrichtung ein Unterkühlelement 106 auf, das an der, vom Volumenelement
104 abgewandten Seite der weiteren Grundplatte 204 angeordnet ist. Das Unterkühlelement
106 ist aus Stapelscheiben aufgebaut, die gegenüber den Stapeischeiben des Kondensators
102 um 180° um eine Längsachse der Stapelscheiben gedreht sind. Desweiteren ist ein
Kältemitteleinlauf 402 dargestellt, der an einer, vom Volumenelement 104 abgewandten
Seite des Kondensators 102, aus dem Kondensator 102 herausragenden Konsole angeordnet
ist. Die Konsole entspricht im Wesentlichen der Konsole für den Kältemittelaustritt
206, der in diesem Ausführungsbeispiel an einer, vom Volumenelement 104 abgewandten
Seite des Unterkühlungselements 106 aus dem Unterkühlungselement 106 herausragt. Die
Hauptöffnung des Kältemitteleinlaufs 402 ist hier von einem der Wasseranschlüsse 208
belegt. Dabei ist der Kältemitteleinlauf 402 dem Kältemittelaustritt 206 diagonal
gegenüber angeordnet.
[0029] Fig. 5 zeigt eine Darstellung einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist.
Im Gegensatz zu Fig. 4 ist das Volumenelement 104 wie in Fig. 2 als Fließpressteil,
Gussteil oder als Druckgussteil mit Boden ausgeführt. Daher weist das Unterkühlungselement
106 keine Grundplatte 204 als abschließendes Element auf. Die Stapeischeiben des Unterkühlungselements
106 sind direkt am Boden des Volumenelements 104 befestigt.
[0030] Die Figuren 6a bis 7b zeigen zwei Ausführungsbeispiele für ein Volumenelement 104
gemäß dem hier vorgestellten Ansatz. Zur besseren Drucksteifigkeit kann das Volumenelement
104 Versteifungsrippen 602, wie in den Figuren 6b bis 7b gezeigt, sowie eine geschwungene
drucktechnisch optimierte äußere Hülle aufweisen. Eine Dicke der Versteifungsrippen
kann kleiner, gleich oder größer einer äußeren Wandstärke des Volumenelementes betragen.
Die Bauhöhe H des Volumenelements (in Fig. 7b) ist abhängig von den Außenabmessungen.
Das freie Innenvolumen kann typischerweise zwischen 0,0265 und 0,421 dm
3 und besonders bevorzugt zwischen 0,051 und 0,161 dm
3 liegen.
[0031] Fig. 6a zeigt eine Untersicht auf einen Boden eines Volumenelements 104 als Teil
eines Ausführungsbeispiels der vorgestellten Erfindung. Der Boden weist eine näherungsweise
rechteckige Form auf. Seitliche Wände des Volumenelements 104 sind wellenförmig ausgeformt.
In die Untersicht sind zwei orthogonale Achsen eingezeichnet, die Haupterstreckungsrichtungen
des Bodens repräsentieren. Seitlich zu einer Längsachse versetzt ist ein Schnittverlauf
A-A eingetragen.
[0032] Fig. 6b zeigt einen Schnitt entlang des Schnittverlaufs A-A aus Fig. 6a. Der Schnitt
liegt senkrecht zum Boden des Volumenelements 104. Als Schnittflächen durch eine Schraffur
markiert sind der Boden, zwei Außenwände und drei Verstärkungsrippen 602. Die Verstärkungsrippen
602 weisen untereinander und zu den Außenwänden gleiche Abstände auf.
[0033] Fig. 7a zeigt eine Ansicht eines Volumenelements 104 ohne Boden als Teil eines Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Volumenelement 104 weist eine längliche rechteckige
Außenkontur auf. Rechtwinklig von der Außenkontur weist das Volumenelement 104 Versteifungsrippen
602 auf. Die Versteifungsrippen 602 sind gleichmäßig symmetrisch über die Außenkontur
verteilt. Drei Versteifungsrippen 602 senkrecht zu einer langen Seite des Volumenelements
104 erstrecken sich bis zu einer gegenüberliegenden langen Seite. Eine Mittlere der
drei Versteifungsrippen 602 liegt in einer Querachse des Volumenelements. Symmetrisch
zu einer Längsachse des Volumenelements weisen die drei Versteifungsrippen 602 Je
einen gegengleich seitlich versetzten Durchbruch auf. An kurzen Seiten des Volumenelements
104 befindet sich je eine in der Längsachse angeordnete Versteifungsrippe 602. Zwischen
den Rippen weist die Außenkontur eine geschwungene Form auf. Ein Schnittverlauf A-A
ist entsprechend dem Schnittverlauf A-A aus Fig. 6a eingezeichnet.
[0034] Fig. 7b zeigt einen senkrechten Schnitt entlang des Schnittverlaufs A-A durch das
Volumenelement 104 aus Fig. 7a. Der Schnitt entspricht dem Schnitt aus Fig. 6b. Im
Gegensatz zu Fig. 6b weist das Volumenelement 104 keinen Boden auf. Die Außenkontur
und die Versteifungsrippen 602 weisen eine Höhe H auf.
[0035] Die Figuren 8a bis 9b zeigen zwei Varianten eines Wärmeübertragers 102 in Stapelscheibenbauweise.
Der Sammler 104 besteht ebenfalls aus Stapelscheiben. Zur Generierung des Volumens
werden ebenfalls Scheiben verwendet, zwischen denen eine Rippe 802 oder ähnliches
angeordnet ist. Die Anzahl der Scheiben mit Rippen ist abhängig vom gewünschten Innenvolumen
und der Scheibengröße. Hierbei können die Scheiben mit Rippen 802 zur Schaffung eines
Sammlers 104 in ein- oder mehrflutiger Bauweise durchströmt werden. Die Rippen können
beispielsweise glatt, mit Kiemen ausgestellt oder versetzt ausgeführt sein. An das
Volumenelement 104 anschließend können, wie in den Figuren 8a und 8b gezeigt, wieder
Scheiben ohne zusätzliche Rippen 802 verbaut sein. Die Rippendicke kann kleiner, gleich
oder größer der Stapelscheibendicke sein.
[0036] Fig. 8a zeigt eine Darstellung einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung für ein Fahrzeug
gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die gezeigte Vorrichtung
entspricht im Wesentlichen einer Vorrichtung, wie sie in den Figuren 4 und 5 abgebildet
sind. Im Gegensatz zu den Figuren 4 und 5 ist das Volumenelement 104 aus Stapelscheiben
mit zwischengefügten Rippen aufgebaut. Desweiteren ist das Unterkühlungselement 106
aus Stapelscheiben zusammengesetzt, die die gleiche Ausrichtung aufweisen, wie die
Stapelscheiben des Kondensationsteils 102 und des Volumenelements 104. Das Unterkühlungselement
106 schließt mit einer Grundplatte 204 ab. In die Darstellung ist ein Schnittverlauf
A eingetragen
. Der Schnittverlauf A verläuft senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Stapelscheiben
durch den Kondensator 102, das Volumenelement 104 und das Unterkühlungselement 106.
[0037] Fig. 8b zeigt den Teile eines Schnitts A entlang des Schnittverlaufs A aus Fig. 8b.
Im Kondensator 102 sind zwischen zwei Stapelscheiben jeweils zwei Turbulenzelemente
angeordnet. Im Volumenelement 104 ist zwischen zwei Stapelscheiben je eine Rippe 802
angeordnet. Das Volumenelement 104 besteht aus drei übereinander liegenden Ebenen
aus Rippen 802 und Stapelscheiben. Im Unterkühlungselement 106 sind erneut zwischen
zwei Stapelscheiben jeweils zwei Turbulenzelemente angeordnet. Die Rippen 802 weisen
eine eckig-wellige Form auf. Abgeflachte Hochpunkte und Tiefpunkte der welligen Form
sind mit den angrenzenden Stapelscheiben verbunden. Geradlinige Verbindungsteile zwischen
den Hochpunkten und den Tiefpunkten verbinden die Stapelscheiben untereinander und
halten die Stapeischeiben auf Abstand.
[0038] Fig. 9a zeigt eine Darstellung einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung für ein Fahrzeug
gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung entspricht
der Darstellung in Fig. 8a. Im Gegensatz zu Fig. 8a zeigt Fig. 9a kein Unterkühlungselement.
Das Volumenelement 104 schließt mit einer Grundplatte 204 ab.
[0039] Fig. 9b zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Teil der Vorrichtung aus Fig. 9a.
Da in Fig. 9a kein Unterkühlungselement dargestellt ist, weist auch die Schnittdarstellung
Im Gegensatz zu Fig. 8a kein Unterkühlungselement auf. Sonst entspricht die Schnittdarstellung
im Wesentlichen Fig. 8b. Als Abschluss des Volumenelements ist ein Schnitt durch die
Grundplatte 204 gezeigt.
[0040] Die Fig. 10a und 10b zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich die Strömungskanäle zur
Leitung des Fluids 114 dargestellt sind. Das Unterkühlungselement 106 gemäß Fig. 10a
weist hierbei einen ersten vierten Strömungskanal 122a auf, der fluidisch mit einer
Durchleitung 150 verbunden ist. Ferner weist das Unterkühlungselement 106 einen zweiten
vierten Strömungskanal 122b auf, der fluidisch vom ersten vierten Strömungskanal 122a
getrennt ist. Hierbei weist der zweite vierte Strömungskanal 122b eine längere Wegstrecke
im Unterkühlungselement 106 auf, als der erste vierte Strömungskanal. Mit einer derartigen
Anordnung ist es möglich die Vorrichtung mit einem Fluid 114 zu betrömen, das unterschiedliche
Temperaturen aufweist, wobei bevorzugt die Temperatur des Fluids 114, das durch den
zweiten vierten Strömungskanal 122b strömt, niedriger ist, als das Fluid 114, das
durch den ersten vierten Strömungskanal 122a strömt.
[0041] Alternativ ist es in einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10b auch möglich,
dass die Vorrichtung einen ersten zweiten Strömungskanal 112a und einen zweiten zweiten
Strömungskanal 112b aufweist, wobei der erste zweite Strömungskanal 112a mit einer
Durchleitung 150 verbunden und fluidisch vom zweiten zweiten Strömungskanal 112b getrennt
ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist es daher möglich die Vorrichtung mit einem
Fluid 114 mit unterschiedlichen Temperaturen zu beströmen.
[0042] Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander
kombiniert werden.
1. Vorrichtung zur Wärmeübertragung für ein Fahrzeug, mit folgenden Merkmalen:
einem Kondensator (102) zur Kondensation eines Kältemittels (110), mit zumindest einem
ersten Strömungskanal (108) zur Leitung des Kältemittels und zumindest einem zweiten
Strömungskanal (112, 112a, 112b) zur Leitung eines Fluids (114), wobei die Strömungskanäle
ausgebildet sind, um Wärmeenergie von dem Kältemittel auf das Fluid zu übertragen;
und
einem Volumenelement (104), das zur Bevorratung des Kältemittels fluidisch mit dem
ersten Strömungskanal verbunden ist, wobei das Volumenelement stoffschlüssig mit dem
Kondensator verbunden ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, mit einer Grundplatte (204), die zwischen dem Kondensator
(102) und dem Volumenelement (104) angeordnet ist, wobei eine erste Seite der Grundplatte
eine Grundfläche des Kondensators ausbildet, und eine zweite Seite der Grundplatte
eine Deckfläche des Volumenelements ausbildet.
3. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Volumenelement (104)
zumindest eine Durchleitung (150) zur Leitung des Fluids (114) oder des Kältemittels
durch das Volumenelement aufweist, wobei die Durchleitung mit dem ersten oder zweiten
Strömungskanal (112) fluidisch verbunden ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Unterkühlungselement
(106), mit einem dritten Strömungskanal zur Leitung des Kältemittels (110) und einem
vierten Strömungskanal zur Leitung des Fluids (114), wobei der dritte Strömungskanal
zur Unterkühlung des Kühlmittels aus dem Volumenelement (104) fluidisch mit dem Volumenelement
verbunden ist, und wobei der vierte Strömungskanal fluidisch mit dem zweiten Strömungskanal
(112) verbunden ist, wobei das Unterkühlungselement stoffschlüssig mit dem Volumenelement
verbunden ist.
5. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Volumenelement (104)
und das Unterkühlungselement zumindest eine Durchleitung (150) zur Leitung eines Fluids
(114) durch das Volumenelement und das Unterkühlungselement aufweist, wobei die Durchleitung
mit einem ersten vierten Strömungskanal (122a) fluidisch verbunden ist und ein zweiter
vierter Strömungskanal (122b) im Unterkühlungselement vorgesehen ist, der von der
Durchleitung (150) fluidisch getrennt ist.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Volumenelement (104)
und das Unterkühlungselement zumindest eine Durchleitung (150) zur Leitung eines Fluids
(114) durch das Volumenelement und das Unterkühlungselement aufweist, wobei die Durchleitung
mit einem ersten zweiten Strömungskanal (112a) fluidisch verbunden ist und ein zweiter
zweiter Strömungskanal (112b) vorgesehen ist, der von der Durchleitung (150) fluidisch
getrennt ist.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche , wobei das Unterkühlungselement
(106) auf einer dem Kondensator (102) gegenüberliegenden Seite Volumenetements angeordnet
ist, oder das Unterkühlungselement und der Kondensator auf der gleichen Seite des
Volumenelements angeordnet sind.
8. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Kondensator (102)
und/oder das Unterkühlungselement (106) mehrere verschachtelte Plattenelemente aufweist,
wobei die Strömungskanäle durch die Plattenelemente gebildet werden.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei das Volumenelement (104) aus weiteren Plattenelementen
und zumindest einem eingefügten Rippenelement (802) aufgebaut ist, wobei das Rippenelement
ausgeformt ist, um vergrößerte Strömungskanäle zur Bevorratung des Kältemittels (110)
auszubilden.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Volumenelement (104) im Inneren
zumindest Versteifungsrippen (602) aufweist.
11. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine äußere
Hülle des Volumenelements zwischen den Versteifungsrippen eine nach außen gewölbte
Form aufweist.
12. Vorrichtung zur Wärmeübertragung für ein Fahrzeug, mit folgenden Merkmalen:
einem Unterkühlungselement (106) zur Unterkühlung eines Kältemittels (110), mit zumindest
einem dritten Strömungskanal zur Leitung des Kältemittels und zumindest einem vierten
Strömungskanal (122, 122a, 122b) zur Leitung eines Fluids (114), wobei die Strömungskanäle
ausgebildet sind, um Wärmeenergie von dem Kältemittel auf das Fluid zu übertragen;
und
einem Volumenelement (104), das zur Bevorratung des Kältemittels fluidisch mit dem
dritten Strömungskanal verbunden ist, wobei das Volumenelement stoffschlüssig mit
dem Unterkühlungselement verbunden ist.
13. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Volumenelement (104)
ein Mittel zum Filtern des Kältemittels (110) und/oder ein Mittel zum Trocknen oder
Entwässern des Kältemittels aufweist.
14. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei an das Volumenelement
(104) ein Mittel zum Filtern des Kältemittels (110) und/oder ein Mittel zum Trocknen
oder Entwässern des Kältemittels angebracht ist.
15. Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Volumenelement (104)
ein im Betrieb freies Innenvolumen zwischen 0,3 dm3 und 0,01 dm3 aufweist.