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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage mit einem
thermodynamischen Primärkreislauf
und mit einem Sekundärkühlkreislauf zur
Kühlung
von Elektroaggregaten bzw. Elektronikelementen, der in Wärmeleitkontakt
mit der Temperatursenke des Primärkreislaufes
steht. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Wärmetauscher
des Sekundärkühlkreislaufes
der in flächigem
Wärmeleitkontakt
zu der Temperatursenke steht.
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Die
vielfache Verwendung leistungsstarker elektronischer Komponenten
und/oder Bauelemente, wie z.B. elektronische Steuerungen oder Mikroprozessoren,
in modernen Kraftfahrzeugen erfordert zur Sicherstellung eines problemlosen
und möglichst störungsfreien
Betriebs eine effiziente Kühlung
dieser Komponenten. Da diese Komponenten immer zahlreicher, leistungsstärker und
umfangreicher werden und zudem für
den Betrieb eines modernen Kraftfahrzeuges unverzichtbar sind, ist
eine einfache Kühlung
mit Umgebungsluft nicht mehr ausreichend. Dies gilt insbesondere
für einen
zuverlässigen
Einsatz der elektronischen Komponenten in warmen oder heißen klimatischen
Bedingungen.
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Es
wurden daher Kühlsysteme
entwickelt, die eine effiziente Kühlung der elektronischen Komponenten
beispielsweise mittels eines Kühlmittels
ermöglichen,
wobei die elektronischen Komponenten in geeigneter Weise, z.B. mittels
eines separaten Kühlkreises
beaufschlagt werden.
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Dazu
sind Systeme bekannt bei denen ein separater Kältemittelkreislauf mit eigenem
Verdichter und Verdampfer verwendet wird um dem Kreislauf Wärme zu entziehen,
was mit einem beträchtlichen zusätzlichen
Konstruktions- und Kostenaufwand verbunden ist. Auch kann ein weitere
Kühlmittelkreislauf,
meist ein Wasser/Glykolkreislauf, vorhanden sein, der mit der Elektronik
in Wärmekontakt
steht, was den Konstruktions- und Kostenaufwand weiter erhöht.
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Es
werden ebenfalls Systeme verwendet, bei denen der Kältemittelkreislauf
zur Kühlung
der elektronischen Komponenten in den Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage
in Parallel- oder Reihenschaltung integriert ist. Diese Systeme
haben allerdings den Nachteil, dass eine effiziente Kühlung der elektronischen
Komponenten nur dann möglich
ist, wenn die Klimaanlage des Fahrzeugs eingeschaltet ist, wobei
auch hier ein hoher Konstruktions- und Kostenaufwand durch den zusätzlichen
parallelen Kältekreislauf
und den zusätzlichen
Kältemittel/Kühlmittelwärmetauscher
besteht.
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Zudem
gibt es noch Systeme bei denen die elektronischen Komponenten mittels
des Fahrzeugkühlkreises
gekühlt
werden, der allerdings selbst bei Niedertemperaturbetriebsweise
relativ hohe Temperaturen (50–70°C) und damit
eine nur geringe Kühlleistung
aufweist.
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Zur Überwindung
dieser Nachteile wäre
daher ein Kühlsystem
zur Kühlung
von elektronischen Komponenten und/oder Bauelementen in Fahrzeugen
wünschenswert,
das über
einen eigenen separaten Kühlkreis
verfügt,
der mit dem Kältemittelkreislauf einer
herkömmlichen
Klimaanlage möglichst
effektiv thermisch verbunden werden kann und der außerdem,
wenn die Klimaanlage z.B. im Winterbetrieb abgeschaltet ist, eine
ausreichende Kühlleistung
bereit stellt. Zudem sollte ein solches Kühlsystem mit einer geringen
Anzahl notwendiger Komponenten auskommen und insbesondere die Verwendung
kostenintensiver Komponenten wie Kompressoren oder Verdampfer vermeiden.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe schlägt
die Erfindung einen Wärmetauscher
eines Sekundärkühlkreislaufs
zur Kühlung
von Elektroaggregaten bzw. Elektronikelementen in einem Fahrzeug,
wobei der Wärmetauscher
in flächigen
Wärmeleitkontakt
mit einer Temperatursenke eines thermodynamischen Primärkreislaufes
mit zumindest einem Verdampfer bringbar ist.
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Zudem
schlägt
die Erfindung zur Lösung
der oben beschriebenen Aufgabe eine Fahrzeugklimaanlage mit einem
thermodynamischen Primärkreislauf vor,
der als Temperatursenke einen Verdampfer und eine Zu- bzw. Ableitung
zum Verdampfer aufweist, und mit einem Sekundärkühlkreislauf zur Kühlung von
Elektroaggregaten bzw. Elektronikelementen, wobei der Sekundärkühlkreislauf
einen Wärmetauscher,
wie oben beschrieben umfasst, der in Wärmeleitkontakt mit der Temperatursenke
des Primärkreislaufes
steht.
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Der
thermodynamische Primärkreislauf
kann dabei der Kältemittelkreislauf
einer Klimaanlage sein wie er üblicherweise
in Kraftfahrzeugen verwendet wird und wie er zur Standardausrüstung vieler
moderner und gebräuchlicher
Fahrzeuge gehört.
Es kann aber auch ein speziell für
die Erfindung entwickelter oder zu diesem Zweck modifizierter Kältemittelkreislauf
sein. Besondere Bedeutung kommt dabei der Temperatursenke des Primärkreislaufs
zu, also allen Elementen des Primärkreislaufs die eine gegenüber der
Umgebung niedrigere Temperatur aufweisen, insbesondere dem Verdampfer/Evaporator und
seinen Zu- und Ableitungen, sie kann aber auch Anschlussteile wie
z.B. Muffen oder Flansche umfassen. Zudem kann die Temperatursenke
spezielle Elemente umfassen, beispielsweise zur Aufnahme des Wärmetauschers
oder dessen Befestigungselemente. Der Verdampfer und/oder die Zu-
und Ableitungen können
dabei Elemente sein, wie sie üblicherweise
in Kraftfahrzeugen verwendet werden, oder aber auch Elemente, die
speziell für
die Erfindung entwickelt, konstruiert oder angepasst, insbesondere
zur Ausbildung des Wärmeleitkontaktes.
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Der
Sekundärkühlkreislauf
verfügt
dabei über
einen getrennten Kühlmittelkreislauf
zur Kühlung
von Elektroaggregaten und/oder Elektronikkomponenten wie beispielsweise
Mikroprozessoren oder elektronische Steuerungen für elektrische
Funktionen des Fahrzeugs, beispielsweise Motorsteuerungen, Sensorüberwachung,
Funktionsregelungen von Fahrassistenzsystemen usw.. Der Sekundärkühlkreislauf
kann zudem prinzipiell zur Kühlung
jeglicher Vorrichtungen im Fahrzeug verwendet werden z.B. zur Kühlung von
Fahrzeugsitzen, Kühlboxen
oder ähnlichem.
Dem Sekundärkühlkreis
wird dabei Wärme
zumindest an dem Wärmetauscher
entzogen der in Wärmeleitkontakt
mit der Temperatursenke steht. Der Wärmeleitkontakt kann dabei eine
temperaturleitende Verbindung der Temperatursenke und des Wärmetauschers
sein.
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Der
Sekundärkühlkreis
funktioniert dabei unabhängig
vom Primärkreis
und kann in einem zweiten Betriebsmodus, wenn beispielsweise die
Klimaanlage und der Primärkreis
z.B. im Winterbetrieb bei geringen Außentemperaturen abgeschaltet
sind und die Klimaanlage nicht zur Kühlung der Fahrgastzelle benötigt wird,
mit Umgebungsluft gekühlt
werden. Beispielsweise kann der Verdampfer mittels eines Gebläses mit
einem Luftstrom beaufschlagt werden, der diesen mit Umgebungsluft
abkühlt
und somit über den
Wärmeleitkontakt
den Sekundärkreis
kühlt.
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Der
Wärmeleitkontakt
kann dabei, gemäß einer
speziellen Ausführungsform
der Erfindung, eine kraftschlüssige
und/oder formschlüssige
Verbindung des Wärmetauschers
mit der Temperatursenke sein. Der Wärmetauscher kann dazu eine
Oberfläche
aufweisen, die so ausgeformt ist, dass sie einer Oberfläche der
Temperatursenke entspricht und eine möglichst große Kontaktfläche ergibt.
Die beiden Oberflächen
können
dabei zur Erhöhung
der Kontaktfläche gegen
einander gepresst werden, beispielsweise, durch eine Schraubverbindung,
Niet- und/oder Klebverbindung
oder ähnliches.
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Gemäß einer
weitern speziellen Ausführungsform
der Erfindung, ist der Wärmetauscher
unter Ausbildung des Wärmeleitkontaktes
mit der Temperatursenke stoffschlüssig verbunden, insbesondere
verlötet
und/oder verschweißt.
Dadurch wird eine dauerhafte Verbindung mit einer guten Wärmeleitfähigkeit
bereitgestellt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist der Wärmeleitkontakt
ein metallischer Kontakt. Dabei werden die guten Wärmeleitfähigkeiten
von Metallen genutzt um einen Wärmeaustausch
zwischen Temperatursenke und dem Wärmetauscher des Sekundärkühlkreislaufs
bereitzustellen. Auf der Seite der Temperatursenke kann dies eine
Oberfläche
der Temperatursenke sein, beispielsweise die Aluminiumoberfläche eines üblichen
Verdampfers oder die Metalloberfläche von dessen Zu- bzw. Ableitungen, die
in Kontakt mit zumindest einer metallischen Oberfläche des
Wärmetauschers
steht. Die metallische Oberfläche
des Wärmetauschers
kann dabei handelsübliches
Blech, Aluminium oder andere Metalle mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder
Legierungen, umfassen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist
der Wärmeleitkontakt
einen Wärmedurchgangswiderstand
R von weniger als 0,0015 m2K/W, bevorzugt
von weniger als 0,001 m2K/W auf. Der Wärmedurchgangswiderstand
R von weniger als 0,0015 m2K/W stellt eine
Wärmeleitfähigkeit
des Wärmeleitkontaktes
bereit, die eine wirksame und leistungsfähige Kühlung des Sekundärkühlkreislaufs und
damit einer zuverlässige
Kühlfunktion
für die Elektronikelemente
bzw. Komponenten sicherstellt. Dabei kann der Wärmeleitkontakt ein metallischer Kontakt,
wie oben beschrieben sein, oder aber aus einem anderen Material
mit hoher Wärmeleitfähigkeit,
beispielsweise Keramiken, beschaffen sein.
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In
einer speziellen Ausführungsform
der Erfindung ist der Wärmetauscher
mit der Temperatursenke einstückig
verbunden und/oder in diese integriert. Der Wärmetauscher kann dabei beispielsweise
ein Rohrelement aufweisen, welches in die Zuleitung und/oder Ableitung
des Verdampfers einbezogen ist. In einer anderen Variante können beispielsweise
der Wärmetauscher
und der Verdampfer in einem Bauteil zusammengefasst sein, d.h. ein
Verdampfer, beispielsweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierung
verfügt
zusätzlich über ein
Rohrsystem durch das das Kühlmittel
des Sekundärkühlkreise
geleitet und darin abgekühlt
wird.
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In
einer weiteren speziellen Ausführungsform
der Erfindung sind der Wärmetauscher
und der Wärmeleitkontakt
an zumindest einer Lateralfläche des
Verdampfers angeordnet. Die in Wärmeleitkontakt
bringbare Fläche
des Wäremetauscher
kann dabei planar sein und der Wärmetauscher
kann dabei an einer Außenseite
des Verdampfers befindlich bzw. anordbar sein. Der Wärmetauscher
kann in einer speziellen Ausführungsform
zudem an den Lateralflächen
lösbare
Befestigungsmittel umfassen und reversibel am Verdampfer befestigbar
sein, was eine leichte Montage und/oder auch eine nachträgliche, kostengünstige Montage
an einem bereits in ein Fahrzeug integrierten Verdampfer ermöglicht und/oder
auch eine einfache Demontage im Reparaturfall erlaubt. Der Wärmeleitkontakt
kann dabei beispielsweise an einer im Wesentlichen glatten Oberfläche des
Verdampfers mit einer ebenfalls glatten Oberfläche des Wärmetauschers erfolgen, was
z.B. einen universellen Einsatz des Wärmetauschers mit verschiedenen
Verdampfermodellen ermöglicht.
Andererseits kann der die Oberflächenform
des Wärmetauschers
auch an eine Oberfläche
eines Verdampfers angepasst sein und so spezielle Anordnungen des
Wärmeleitkontaktes
ermöglichen.
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In
einer weiteren speziellen Ausführungsform
kann der Wärmetauscher
zudem eine vom Wärmeleitkontakt
distinkte Fläche
aufweisen, die von einem Luftstrom kühlbar ist. Damit kann der Wärmetauscher
auch gekühlt
werden, wenn, beispielsweise im Winterbetrieb, die Klimaanlage und
damit der Primärkreislauf
abgeschaltet ist.
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In
einer anderen speziellen Ausführungsform der
Erfindung steht der Wärmetauscher über zumindest
zwei distinkte Flächen
mit dem Verdampfer in Wärmeleitkontakt,
insbesondere über
gegenüberstehende
Flächen
des Wärmetauschers.
Dabei kann der Wärmetauscher
beispielsweise so ausgeformt sein, dass er in den Verdampfer, eingebracht
werden kann, beispielsweise an Stelle von Kühlrippen des Verdampfers. Durch
zwei distinkte Wärmeleitkon taktflächen erhöht sich
in vorteilhafter Weise die Effizienz des Wärmetauschers wodurch die Kühlleistung
des Sekundärkühlkreises
erhöht
wird bzw. wenn dies nicht erforderlich ist, der Wärmetauscher
dementsprechend verkleinert ausgeführt werden kann. Zudem erfordert
der Wärmetauscher,
wenn dieser innerhalb des Verdampfers angeordnet ist, keinen zusätzlichen
Platzbedarf im Fahrzeug. Der Wärmetauscher
kann dabei fest mit dem Verdampfer verbunden sein, oder aber auch
nachträglich
in diesen eingebracht werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist zumindest ein Teil des Wärmeleitkontaktes radial um
die Zu- bzw. Ableitung des Verdampfers angeordnet. Der Wärmetauscher
kann dabei beispielsweise ringförmig
um die Leitung angeordnet sein oder eine rohrförmige Öffnung aufweisen durch welche
die Leitung oder die Leitungen des Verdampfers geführt sind.
Zumindest ein Abschnitt der in Wärmeleitkontakt
bringbaren Fläche
ist dabei so bemessen, dass sie radial um die Zu- bzw. Ableitung
des Verdampfers anordbar ist. Vorteilhafterweise strömt dabei
das Kühlmittel
im Sekundärkühlkreislauf
entgegengesetzt zum Kühlmittel
im Primärkreislauf
um einen effizienten Wärmeaustausch
bereitzustellen. Dabei können
die Ab- und Zuleitungen beispielsweise so an dem Verdampfer angeordnet
sein, dass sie von der den Verdampfer durchströmenden Luft umströmt werden.
Bevorzugterweise sind dabei die Zu- und Ableitungen mit dem Wärmetauscher
dem Verdampfer strömungstechnisch
vorgeordnet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Wärmetauscher
zumindest einen mit Umgebungsluft beaufschlagbaren Abschnitt, insbesondere
mit vergrößerter Oberfläche und/oder
Kühlrippen.
Die Oberfläche kann
dabei größtmöglichst
ausgeformt sein und zusätzlich
Kühlrippen
umfassen. Dadurch wird ein Wärmeaustausch
mit der Umgebung ermöglicht
und die Kühlleistung
des Sekundärkühlkreises
gewährleistet, wenn
die Klimaanlage des Fahrzeugs abgeschaltet ist, beispielsweise im
Winterbetrieb, wenn diese nicht zur Kühlung der Fahrgastzelle erforderlich
ist. Der mit Umgebungsluft beaufschlagbare Abschnitt kann dabei
im Luftstrom der Fahrzeugklimaanlage angeordnet sein, welcher beispielsweise
von einem Gebläse angetrieben
wird. Die Anordnung kann dabei im Luftrom vor oder nach dem Verdampfer
erfolgen oder auch parallel zu diesem.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher beim Lesen
der folgenden, lediglich beispielhaften und nicht einschränkend angeführten Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsformen,
welche unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt.
Darin zeigt:
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1 den
schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Klimaanlage mit einem thermodynamischen
Primärkreislauf
und mit einem Sekundärkühlkreislauf,
der in Temperaturleitkontakt mit einer Temperatursenke des Primärkreislaufs
steht.
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2a einen
Verdampfer mit zwei beidseitig lateral angeordneten Wärmetauschern,
welche jeweils einen Wärmeleitkontakt
aufweisen;
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2b eine
Detailansicht des Wärmeleitkontaktes
zwischen Verdampfer und Wärmetauscher aus 2a entlang
der Schnittachse A-A;
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3a und 3b eine
Detailansicht einer weiteren Ausführungsform des Wärmekontaktes
zwischen Verdampfer und Wärmetauschern
aus 2a entlang der Schnittachse B-B sowie dessen Befestigung
an dem Verdampfer;
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4 eine
Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bei
der der Wärmetauscher
mit zwei distinkten Flächen
mit dem Verdampfer in Wärmeleitkontakt
steht;
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5 eine
Detailansicht eines Wärmetauschers
wie aus 4;
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6a und 6b weitere
Ausführungsformen
der Erfindung bei denen der Wärmetauscher und
der Wärmeleitkontakt
radial um die Ableitung des Verdampfers angeordnet sind; und
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7 einen
Querschnitt durch den Wärmetauscher
und die Ableitung des Verdampfers mit Wärmeleitkontakt entlang der
Linie C-C aus 6a.
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In
den Figuren und der folgenden Beschreibung spezieller Ausführungsformen
werden gleiche oder ähnliche
Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die
in 1 schematisch dargestellte Klimaanlage mit Sekundärkühlkreislauf
umfasst eine handelsübliche
Klimaanlage bestehend aus einem thermodynamischen Primärkreis 400 mit
einem Kompressor 404, einem Kondensator 406, sowie
einem Verdampfer 10 und eine Ableitung 213, 313 vom
Verdampfer, wie sie üblicherweise
in Kraftfahrzeugen verwendet wird. Darüber hinaus kann der Primärkreis weitere
Komponenten, wie beispielsweise Ausgleichsbehälter, Absperr- und Einspritzventile
(nicht dargestellt) oder ähnliches
umfassen.
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Außerdem umfasst
die Fahrzeugklimaanlage einen Sekundärkühlkreislauf 410 zur
Kühlung
von Elektroaggregaten bzw. Elektronikelementen 416, 418.
Der Kühlmittelkreislauf
kann dabei ein Wasser/Glykolkreislauf sein, der in direktem Wärmekontakt
mit den Kühlflächen der
Elektronik steht. Bei den Elektroaggregaten bzw. Elektronikelementen 416, 418 kann
es sich dabei um jede Art von elektronischen Steuerungen und/oder
Mikroprozessoren oder andere elektronische Elemente handeln, beispielsweise
eine elektronische Motorsteuerung, eine zentrale elektronische Fahrzeugkontrolleinheit
oder eine elektronische Steuerung einer Klimaanlage. Der Sekundärkühlkreislauf 410 kann
eine Vielzahl verschiedene zu kühlende
Elektroaggregate bzw. Elektronikelemente 416, 418 umfassen
die, wie dargestellt, parallel, oder aber auch in Reihe oder auch
in einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung angeordnet
sein können.
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Der
Sekundärkühlkreislauf 410 wird
dabei beispielsweise mittels einer Pumpe 414 betrieben und
verfügt über einen
Wärmetauscher 2, 2a, 2b, 102,
der mit dem Verdampfer 10 als Temperatursenke in Wärmeleitkontakt
steht und von diesem gekühlt wird.
Der Sekundärkühlkreislauf 410 verfügt auch über einen
Wärmetauscher 202, 302,
der mit der Ableitung 213, 313 des Verdampfers 10 als
Temperatursenke in Wärmeleitkontakt
steht und von dieser gekühlt
wird. Für
den Fachmann ist dabei offensichtlich, dass auch jeweils nur einer
der Wärmetauscher
verwendet werden kann. Spezielle Ausführungsformen und Anordnungen
der Wärmetauscher,
des Wärmeleitkontaktes,
sowie des Verdampfers und dessen Zu- bzw. Ableitung sind im Folgenden
bezüglich
der 2 bis 7 detailliert
beschrieben.
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Der
in 1 dargestellte Sekundärkühlkreislauf 410 wird
in einem ersten Betriebsmodus, wenn die Fahrzeugklimaanlage eingeschaltet
ist, beispielsweise im Sommerbetrieb, zumindest über den Wärmetauscher 2, 2a, 2b, 102 bzw. 202, 203 und
den jeweiligen Wärmeleitkontakt
von dem Verdampfer 10 bzw. der Ableitung 213, 313 des
Verdampfers gekühlt.
Zusätzlich
können
die Wärmetauscher
von einem Luftstrom umströmt
werden, der ihnen zusätzlich
Wärme entzieht.
Ist die Fahrzeugklimaanlage abgeschaltet, beispielsweise wenn diese
im Winterbetrieb nicht zur Kühlung
der Fahrgastzelle erforderlich ist, wird in einem zweiten Betriebsmodus
der Luftstrom, insbesondere wegen der kälteren Außentemperaturen, alleine zur
Kühlung
des Sekundärkühlkreislaufs
verwendet. In einer anderen Ausführungsform,
kann, bei abgeschalteter Klimaanlage im Winterbetrieb auch ein den
Verdampfer 10 durchströmender
Luftstrom diesem und damit über
den Wärmekontakt
dem Wärmetauscher 2, 2a, 2b; 102 Wärme entziehen.
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2a zeigt
einen Verdampfer 10 einer erfindungsgemäßen Klimaanlage für ein Fahrzeug
umfassend Zu- und Ableitungen 12, 13 für den Verdampfer 10 zu
weiteren Komponenten eines Kältemittelkreislaufs
oder Primärkreislaufs
eines Fahrzeugs (nicht dargestellt), sowie an den seitlichen Lateralflächen des
Verdampfers 16a, 16b angeordnete Wärmetauscher 2a, 2b die über Zuleitungen 4, 4a, 4b sowie
Ableitungen 6, 6a mit dem Sekundärkühlkreislauf
verbunden sind. Weitere Elemente des Sekundärkühlkreislaufs, wie beispielsweise
eine Pumpe und zu kühlende
Komponenten wie Elektronikelemente (nicht dargestellt). Die Wärmetauscher 2a, 2b liegen
dabei flach an den Lateralflächen 16a und 16b des
Verdampfers 10 an und formen so einen Wärmeleitkontakt.
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2b zeigt
einen Ausschnitt des Verdampfers 10 aus 2a entlang
der Schnittlinie A-A durch den Wärmetauscher 2a und
einen Teil des Verdampfers 10. Zwischen kältemittelführenden
Kühlplatten 22, 23 befinden
sich Kühlrippen 24.
An der lateralen Außenseite 16a der äußeren Kühlplatte 23 ist
der Wärmetauscher 2a angeordnet.
Der Wärmetauscher weist
ein Gehäuse 3 auf,
aus einem wärmeleitenden Material,
wie beispielsweise Metal, insbesondere Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen,
welches Kühlmittelkammern 7, 8 formt,
die durch eine Trennwand 9 getrennt sind. Das Kühlmittel
wird über
die Zuleitung 4a in die Kühlmittelkammer 7 geführt von dieser
in einer andern Ebene (nicht gezeigt) in Kammer 8 geleitet
und dann über
die Ableitung 6a zu weiteren Komponenten des Sekundärkühlkreislaufes geleitet.
Das Gehäuse 3 des
Wärmetauschers 2a liegt
dabei an der lateralen Außenseite 16a der
Kühlplatte 23 des
Verdampfers an und formt somit den Wärmeleitkontakt. Zur Sicherstellung
des Wärmeleitkontaktes
kann der Wärmetauscher
dabei beispielsweise mit dem Verdampfer verschweißt oder
verlötet sein
oder auf andere Art, z.B. wie bezüglich der 3a und 3b beschrieben,
befestigt sein.
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3a zeigt
einen Schnitt entlang der Linie B-B aus 2a einer
weiteren Variante der Anordnung eines Wärmetauschers 2b an
der Lateralseite 16b des Verdampfers 10 einer
Fahrzeugklimaanlage. Der Verdampfer 10 weist Kühlrippen 25 auf,
die an einer Seite an einer kältemittelführenden
Kühlplatte 22 anliegen
und von dieser gekühlt
werden und an der anderen Seite von der laterale Außenseite 16b des Verdampfers
begrenzt sind. An die Außenseite 16b anliegend
ist der Wärmetauscher 2b angeordnet,
der mit diesem einem Wärmeleitkontakt
formt. Der Wärmetauscher
kann einen Querschnitt aufweisen, wie in 2b dargestellt
und beschrieben.
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Die
laterale Außenseite 16b kann
beispielsweise ein Aluminiumblech sein, das an die Kühlrippen 25 angelötet ist.
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Der
Wärmetauscher 2b ist
in dieser Variante mit einer Befestigungsvorrichtung 56 an
dem Verdampfer 10 befestigt und mittels Schrauben und/oder Nieten 54 mit
diesem kraftschlüssig
verbunden. Dadurch wird der Wärmetauscher
gegen den Verdampfer gehalten wodurch der Wärmeleitkontakt ausgeformt und
sichergestellt ist. 3b zeigt eine Draufsicht dieser
Anordnung. Die Befestigungsvorrichtung 56 ist mit einer
Vielzahl von Schrauben und/oder Nieten 54 and dem Seitenteil 16b des
Verdampfers befestigt um eine kraftschlüssige und formschlüssige Kontaktfläche zu gewährleisten.
Zudem sind die Zuleitung 4b und die Ableitung 6b des
Wärmetauschers 3b gezeigt.
Die Befestigungsvorrichtung 56 kann dabei aus Metall oder
einem anderen gut wärmeleitenden
Material sein um den Wärmeaustausch
zu unterstützen.
Zu diesem Zweck kann sie auch eine Führung 58 aufweisen,
die einerseits die Kontaktfläche mit
dem Verdampfer vergrößert, andererseits
eine feste formschlüssige,
leicht anzubringende Positionierung des Wärmetauschers erlaubt. Die Befestigungsvorrichtung 56 ist
dabei besonders vorteilhaft für
einen einfachen und kostengünstigen
nachträglichen
Einbau des Wärmetauschers
mit Sekundärkühlkreislauf
sowie zur einfachen Demontage im Reparaturfall. Durch eine geeignete
Ausformung der Befestigungsvorrichtung kann der Wärmetauscher auch
an bereits vorhandenen Verdampfer angeschlossen werden, ohne dass
diese ange passt werden müssten
oder konstruktiv verändert
werden müssten.
Durch die Befestigungsvorrichtung 56 kann gleichzeitig
die die Kühlrippe 25 durchströmende Luftmenge
reduziert werden, so dass dem Wärmetauscher 26 eine
größere Wärmemenge
entzogen werden kann Es versteht sich, dass die beiden bezüglich der 2 und 3 beschriebenen
Varianten der Ausformung des Wärmeleitkontaktes
nur exemplarisch sind und beispielsweise Mischformen möglich sind,
bzw. dass eine der beiden Varianten jeweils an beiden Seiten des
Verdampfer verwendet ist.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung bei der ein Wärmetauscher 102 mit zwei
distinkten Flächen
mit einem Verdampfer in Wärmeleitkontakt
steht. Der Wärmetauscher 102 ist dabei
zwischen zwei Kühlplatten 22 angeordnet
und von diesen begrenzt. Der Wärmetauscher 102 weist ein
Gehäuse 103 aus
wärmeleitendem
Material, z.B. aus Aluminium oder ähnlichem, auf, das in Wärmeleitkontakt
mit den kältemittelführenden
Kühlplatten 22 steht,
die ebenfalls aus wärmeleitendem
Material, wie z.B. Aluminium oder dessen Legierungen oder ähnlichem,
sind. Der Wärmetauscher 102 kann
die gleichen Dimensionen aufweisen, wie die Kühlrippen 24, wodurch
die Kühlrippen 24 an
einer Stelle zwischen zwei kältemittelführende Kühlplatten 22 durch einen
Wärmetauscher
ersetzt werden können,
wie in 4 dargestellt. Diese Anordnung verdoppelt durch die
beidseitige Begrenzung mit Kühlplatten
die Fläche
des Wärmekontaktes
eines Wärmetauschers
mit dem Verdampfer, was einen besseren und effizienteren Wärmeaustausch
bewirkt und somit die Leistungsfähigkeit
des Sekundärkühlkreises
erhöht.
Gegebenenfalls kann, wenn die Kühlleistung
ausreicht, der Wärmetauscher
auch entsprechend kleiner ausgeführt
werden. Zur Erhöhung
der Kühlleistung
können
Kühlrippen 130 innerhalb
des Wärmetauschers angeordnet
sein.
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In 5 ist
eine Detailansicht eines Wärmetauschers 102 dargestellt,
wie er in 4 gezeigt und dessen Anordnung
im Verdampfer bezüglich 4 beschrieben
ist. Der Wärmetauscher
verfügt über eine
Kühlmittelzuleitung 104 und
eine Kühlmittelableitung 106 mit
denen der Wärmetauscher
mit weiteren Komponenten des Sekundärkühlkreislaufs verbunden ist.
Der Kühlmittelfluss
wird dabei von der Zuleitung 104 mittels Fluidleitwänden 136 nacheinander in
die Kühlmittelkammern 107, 108, 109 und 110 geleitet,
die von Trennwänden 132 separiert
werden. Dadurch ergibt sich eine Verlängerung des Kühlmittelweges
durch den Wärmetauscher
was zu einer Erhöhung
der Wärmeabgabe
bewirkt. Zur weiteren Erhöhung des
Wärmeaustausches
sind in den Kühlmittelkammern 107, 108, 109 und 110 weitere
Kühlrippen 130 angeordnet
die in wärmeleitendem
Kontakt mit dem Gehäuse 103 des
Wärmetauschers
stehen. Das Gehäuse 103 ist
dabei so ausgeformt, dass es zwischen die Kühlplatten 22 aus 4 eingebracht werden
kann, wobei es formschlüssig
unter Ausbildung eines Wärmekontaktes
mit diesen zur Anlage kommt. Dazu kann es beispielsweise zwischen
die Kühlplatten
gepresst werden und/oder mit diesen verschweißt und/oder verlötet bzw.
auf andere Art verbunden sein.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung ist in den 6a und 6b in
zwei Varianten dargestellt. In 6a ist
ein Teil einer Fahrzeugklimaanlage dargestellt, mit einem Gebläse 270, das
einen Luftstrom 272 erzeugt welcher im Verdampfer 210 abgekühlt wird,
wenn die Klimaanlage des Fahrzeuges in Betrieb ist. Die Zu- und
Ableitung 212, 213 des Verdampfers sind strömungstechnisch dem
Verdampfer im Luftstrom 272 vorgelagert. Dabei ist radial
um die Ableitung 213 des Verdampfers ein Wärmetauscher 202 angeordnet,
der über
die Zu- und Ableitung 204 und 206 mit den weitern,
nicht dargestellten, Komponenten des Sekundärkühlkreislaufs verbunden ist.
Der Wärmetauscher 202 ist
dabei so angeordnet, dass im Wärmetauscher
das Kühlmittel
des Primärkreislaufs
durch die Ableitung 213 entgegengesetzt zur Strömungsrichtung
des Kühlmittels
des Sekundärkühlkreises
strömt,
was einen effizienteren Wärmeaustausch
bewirkt. Der Wärmetauscher 202 ist
zudem strömungstechnisch
im Luftstrom 272 unmittelbar vor dem Verdampfer 210 angeordnet,
so dass der Wärmetauscher
auf seiner ganzen Länge
mit dem Luftstrom beaufschlagt ist. Dadurch wird, selbst wenn der
Primärkreislauf,
z.B. im Winterbetrieb, wenn die Klimaanlage nicht zur Kühlung der
Fahrgastzelle benötigt
wird, der Wärmetauscher
durch den Frischluftstrom 272 gekühlt. Ein Beispiel eines möglichen
Querschnitts des Wärmetauschers 202,
z.B. entlang der Achse C-C ist in 7 dargestellt
und weiter unten beschrieben.
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In 6b ist
eine Variante der Ausführungsform
aus 6a dargestellt, mit einem Gebläse 370, der einen
Luftstrom 372 erzeugt welcher im Verdampfer 310 abgekühlt wird.
Dabei ist analog zu 6a ein Wärmetauscher 302 um
die Ableitung 313 des Verdampfers angeordnet. Bei der in 6b dargestellten
Variante ist der Wärmetauscher
zusätzlich mit
einer Spritzwand oder einer anderen Befestigungsvorrichtung 380 verbunden
und kann beispielsweise von dieser getragen werden. Zudem können bei
dieser Anordnung die Zu- und Ableitungen 312 und 313 des
Primärkreises
sowie auch die Zu- und Ableitungen 304 bzw. 306 des Sekundärkühlkreises kürzer und
damit kostengünstiger
ausgeführt
werden. Dabei befindet sich der Wärmetauscher 302 nichtsdestotrotz
im Luftstrom 372 und wird von diesem auch bei abgeschalteter
Klimaanlage gekühlt.
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In 7 ist
der Querschnitt eines Wärmetauschers
dargestellt, wie er beispielsweise in einer Anordnung gemäß 6a oder
auch analog gemäß 6b verwendet
werden kann. Der Wärmetauscher
weist ein inneres Rohr 216 auf, welches ein Abschnitt der
Ableitung 213 des Verdampfers 210 aus 6a sein
kann und welches vorzugsweise aus wärmeleitendem Material, beispielsweise
Aluminium oder Kupfer besteht. Dadurch ergibt sich ein Wärmeleitkontakt
mit der radial auswärts
des Rohres 216 befindlichen Kühlmittelkammer 208 des
Sekundärkühlkreislaufs.
Die Kühlmittelkammer 208 weist
Kühlrippen 230 auf,
die mit dem Gehäuse 203 des
Wärmetauschers
und dem Rohr 216 in Verbindung stehen und somit die Kontaktfläche des
Wärmetauschers
mit dem Kühlmittel
des Sekundärkühlkreislaufs
zu erhöhen.
Das Gehäuse 203 weist
für eine
effiziente Kühlung
des Sekundärkühlkreises
zudem Kühlrippen 290 auf,
die von dem vom Gebläse 270 erzeugten
Luftstrom 272 beaufschlagt werden. In der dargestellten
Ausführungsform
ist das Gehäuse 203 zweiteilig
ausgeführt
und mittels einer Eingriffverbindung 294 einerseits, und
einer Schraubverbindung 292 andererseits, um das Rohr 216 angeordnet.
Es versteht sich, dass die Verbindung auch mit anderen bekannten
Verbindungselementen und/oder -techniken, z.B. Scharniere, Niet-
und/oder Schnappverbindungen, ausgeführt werden kann.