Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 , ein System für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen einer Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14 und eine Kraftfahrzeugklimaanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15,

Batterien von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen müssen erwärmt oder gekühlt werden, um eine ausreichende Betriebstemperatur der Batterie, beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 0°C und 40°C, zu erhalten. Bei einer Entnahme oder Laden von elektrischer Energie aus der Batterie gibt die Batterie Wärme ab, so dass die Batterie gekühlt werden muss, damit sich diese nicht auf Temperaturen von mehr als 30°C oder 40°C erwärmt. Bei geringen Außentemperaturen, die beispielsweise unterhalb von 0°C liegen, ist ein Erwärmen der Batterie erforderlich, damit efektrische Energie von der Batterie entnommen werden kann als auch eine Aufladung mit elektrischer Energie möglich ist. Hierzu weist das Hybrid- oder Elektrof ahrzeug einen Kühlmittelkreislauf auf mit dem die Batterie gekühlt und vorzugsweise er- wärmt werden kann. Die DE 101 28 164 A1 zeigt ein Fahrzeug-Kühlsystem für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Fahrzeug-Kühlsystem weist einen Kühlmittelkreislauf auf, der thermisch mit einer Batterie gekoppelt ist. In den Kühlmittelkreislauf mit der Batterie ist ferner ein Verdampfer eines Kältekreises mit einem Kondensator, einem Kompressor und einem ExpansionsvenW eingebaut. Mittels des Verdampfers kann der Kühlmittelkreislauf mit der Batterie gekühlt werden, so dass dadurch mittels des Kältekreises auch die Batterie gekühlt werden kann. Außerdem ist es bekannt, in einem derartigen Fahrzeug- Kühlsystem den Kühlrnitteikreislauf für die Batterie mit einem Umgebungsluft-Wärmeübertrager zu koppeln, so dass bei niedrigen Außentemperaturen die Batterie durch Abgabe der Wärme an die Umgebungsluft gekühlt werden kann, ohne dass der Kältekreis in Betrieb ist. Aus der DE 10 2008 017 1 13 A1 ist ein Verdampfer als Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug bekannt. Eine Mehrzahl von Platten sind parallel zueinander in Hochrichtung gestapelt als Wärmeübertrager in Platten- bzw. Scheibenbauweise. Zwischen den Platten bildet sich ein erster Strömungsraum für Kältemittel als erstes Fluid und ein zweiter Strömungsraum für ein zweites Fluid, so dass Wärme von dem zweiten Fluid auf das Kältemittel übertragen werden kann.

Die DE 95 23 475 C1 zeigt einen Plattenwärmetauscher, insbesondere Ölkühler mit einem Stapel von Wärmetauscherplatten, die unter Bildung von getrennten Strömungskanälen für die wärmeaustauschenden Medien ineinander liegen und fügetechnisch verbunden sind und bei dem die Ein- und Austrittsmündungen für wenigstens das eine Medium auf der gleichen Seite des Plattenstapels liegen, mit in den Ein- und Ausströmkanälen vorgesehenen Einsätzen zur Strömungsumlenkung in Mäanderform, wobei der eine Einsatz den einen Ein- und Ausströmkanal im Wesentlichen sperrt und der andere Einsatz den anderen Ein- oder Ausströmkanal bereichsweise hül- senartig auskleidet, wobei die Einsätze als ein einziges Spritzgussteil hergestellt sind, die durch ein Verbindungsteil verbunden sind und, dass die Einsätze lösbar in dem Einströmkanal und in dem Ausströmkanal befestigt sind. Die EP 2 107 328 A1 zeigt einen Verdampfer, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Mehrzahl von parallel zueinander In einer Hochrichtung gestapelten Platten mit fluchtend angeordneten Durchbrechungen zur Zuführung und Abführung eines als Kältemittel ausgebildeten ersten Fluids und eines zweiten Fluids, wobei zwischen zwei benachbarten Platten ein Strömungskanal erster Art zur Führung des ersten Fluids im Wechsel mit einem Strömungskanal zweiter Art zur Führung des zweiten Fluids ausgebildet sind, wobei eine wärmeübertragende Fläche der Platten eine Länge in Strömungsrichtung des Kältemittels und eine hierzu senkrechte Breite aufweist, wobei das Verhältnis der Länge zu der Breite nicht größer als etwa 1 ,3 ist.

Wärmeübertrager oder Chiller in Scheibenbauweisen werden in Systemen eingesetzt, um mit einem Kältekreis die Batterien von Hybrid- oder Elektro- fahrzeugen zu kühlen. Dabei ist der Wärmeübertrager oder Chilier in Schei- benbauweise aufgebaut und umfasst eine Vielzahl von übereinander gestapelten Stapelscheiben, sodass sich zwischen den Stapelscheiben ein erster Fluidkanal für das Kältemittel und ein zweiter Fluidkanal für das Kühlmittel, zum Beispiel Wasser mit einem Frostschutzmitte), ausbildet. Das Kältemittel wird dabei durch wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei, Abschnitte des ersten Fluidkanais zwischen den Stapelscheiben in entgegengesetzter Richtung, das heißt mäanderförmig, durch den ersten Fluidkanal zwischen den Stapelscheiben geleitet. Dadurch ist die erste Einlassöffnung und die erste Auslassöffnung für das Kältemittel an unterschiedlichen entgegengesetzten Seiten des Wärmeübertragers ausgebildet, zum Beispiel die E/ ^' n- iassöffnung an der Abdeckplatte und die Auslassöffnung an einer Bodenplatte. Derartige Wärmeübertrager sind ferner mit einem thermischen Expansi- onsventii versehen. Bei dem thermischen Expansionsventil wird das in den Wärmeübertrager eingeleitete Kältemittel in seiner Durchflussmenge in Abhängigkeit von der Temperatur des aus dem Wärmeübertrager ausströmenden Kältemittels gesteuert, beispielsweise indem die Strömungsquerschnittsfläche eines Einströmkanals an dem Expansionsventil in Abhängigkeit von der Temperatur gesteuert wird, mit welcher das Kältemittel aus dem Wärmeübertrager ausströmt. Das thermische Expansionsventil benötigt damit somit sowohl einen Einströmkanal, welcher vorzugsweise in der Strömungsquerschnittsfläche veränderlich ist _» und einen Ausströmkanal, durch welchen das aus dem Wärmeübertrager ausgeleitete Kältemittel durchgeleitet wird, damit von dem thermischen Expansionsventil die Temperatur des aus dem Wärmeübertrager ausströmenden Kältemittels an dem Ausströmkanal des Expansionsventtls erfasst werden kann. Ist an dem Wärmeübertrager die Ein- und Auslassöffnung für das Kältemittel an zwei gegenüberliegenden Seiten ausgebildet, ist es erforderlich, dass in auf endiger Weise mit einem Rohr das an der Auslassöffnung austretende Kältemittel zu dem thermischen Expansionsventil geleitet wird, falls das thermische Expansionsventil beispielsweise im Bereich der Einlassöffnung bzw. der Abdeckplaite ausgebildet ist. Dadurch benötigt der Wärmeübertra- ger bzw. Verdampfer mit dem thermischen Expansionsventil einen großen Bauraum aufgrund des Rohres, um das Kältemittel von einer Seite des Wärmeübertragers zu einer anderen Seite des Wärmeübertragers mit dem thermischen Expansionsventil zu leiten. Außerdem fallen dadurch bei der Herstellung des Wärmeübertragers mit dem thermischen Expansionsventil große Kosten an.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Wärmeübertrager, ein System für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen einer Batterie und eine Kraftfahrzeugklimaan!age zur Verfügung zu stellen, bei dem der Wärmeübertrager einen geringen Bauraum benötigt und einfach sowie preiswert in der Herstellung ist. Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Wärmeübertrager oder Chilier in Scheibenbauweise, umfassend eine Vielzahl von übereinander gestapelten Stapelscheiben, so dass zwischen den Stapelscheiben ein erster Fluidkanal für ein erstes Fluid und ein zweiter Fluidkanal für ein zweites Fluid ausgebildet ist, die Stapelscheiben erste Durchbrechungen als ersten Fluidkanal zur Zuführung und Abführung des ersten Fluides aufweisen, die Stapelscheiben zweite Durchbrechungen als zweiten Fluidkanal zur Zuführung und Abführung des zweiten Fluides aufweisen, wenigstens eine Umlenkeinrichtung, welche wenigstens eine erste Durchbrechung verschließt, so dass das erste Fluid mäanderförmig durch wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei, Abschnitte des ersten Fluidkanales zwischen den Stapelscheiben in entgegengesetzter Richtung durch den Wärmeübertrager geführt ist, eine erste Ein- und Auslassöffnung zur Ein- und Austeilung des ersten Fluides, eine zweite Ein- und Auslassöffnung zur Ein- und Ausleitung des zweiten Fluides, wobei die erste Ein- oder Ausfetssofrnung von einem Tauchrohe gebildet ist und durch das Tauchrohr das erste Fluid in den ersten Fluidkanal einleitbar ist, so dass die erste Ein- und Auslassöffnung an der gleichen Seite des Wärmeübertragers ausgebildet sind,

Durch den Wärmeübertrager oder Chilier wird das Kältemittel durch wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei, Abschnitte des ersten Fluidkanals zwischen den Stapelscheiben mäanderförmig in entgegengesetzter Richtung geleitet. Weist das erste Fluid in dem ersten Fluidkanal zwischen den Sta- pelscheiben eine große Strömungsgeschwindigkeit auf, weil beispielsweise bei einer Ausbildung von drei Abschnitten die Summe der Strömungsquerschnittsflächen des ersten Fluidkanals zwischen sämtlichen Stapelscheiben nur ein Drittel der Summe der Strömungsquerschnittsflächen des ersten Fluidkanals zwischen den Stapelscheiben beträgt. Dadurch kann mit dem Wärmeübertrager auch bei einem geringen Bauraum eine große Wärmeübertragung von dem ersten Fluid auf das zweite Fluid ermöglicht werden oder umgekehrt aufgrund der großen bzw. größeren Strömungsgeschwindigkeit des ersten Fluides. Die erste Ein- oder Auslassöffnung für das erste Fluid ist dabei durch ein Tauchrohr gebildet, sodass die erste Ein- und Auslassöffnung für das erste Fluid an der gleichen Seite des Wärmeübertragers, zum Beispie! nur an der Abdeckplatte oder nur an einer Bodenplatte, ausgebildet ist. In vorteilhafter Weise ist es somit nicht erforderlich, bei einer Verwendung oder einem Anbau eines thermischen Expansionsventils an dem Wärmeübertrager in aufwendiger Weise mit einem Rohr das aus dem Wärmeübertrager ausströmende Kältemittel von einer Seite des Wärmeübertragers zu einer anderen Seite des Wärmeübertragers mit dem thermischen Expansionsventil zu leiten. Dadurch kann Bauraum eingespart und die Kosten bei der Herstellung des Wärmeübertragers reduziert werden.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das Tauchrohr unlösbar, insbesondere stoffscWüss<g, z. B. als Lot- oder Klebeverbindung, mit denn Wärmeübertrager verbunden und/oder durch das Tauchrohr ist das erste Fluid in einem Abstand (zu der Ein- oder Auslassöffnung) in den ersten Fluidkanal einleitbar. Der Abstand bezieht sich dabei nur auf diejenige Ein- oder Aus- iassöffnung, welche von dem Tauchrohr gebildet ist. Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager ein Verdampfer und das erste Fluid ist ein Kältemittel und die Einlassöffnung ist von dem Tauchrohr gebildet; nicht jedoch die Ausiass- öffnung. Ein Ende des Tauchrohres bildet die Ein- oder Auslassöffnung für das erste Fluid und der Abstand ist der Abstand von der Ein- oder Auslassöffnung zu wenigstens einer Strömungsöffnung an dem Tauchrohr.

In einer ergänzenden Variante durchstößt das Tauchrohr die wenigstens eine Umlenkeinrichtung, so dass das durch das Tauchrohr geleitete erste Fluid durch die wenigstens eine Umlenkeinrichtung durchlei ^' tbar ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist die wenigstens eine Umlenkeinrichtung als eine Umlenkscheibe oder ein separates Dichtelement, z. B, Dichtplatte, ausgebildet. Eine Umlenkscheibe ist beispielsweise als eine Stapelscheibe ausgebildet, welche nur eine erste Durchbrechung anstelle von zwei Durch- brechungen aufweist, sodass dadurch das erste Fluid in dem Raum zwischen den entsprechenden ersten Durchbrechungen umgeleitet wird und dadurch den ersten Fluidkanal zwischen den Stapelscheiben in entgegengesetzter Richtung mäanderförmig durchströmt. Ein separates Dichtelement, zum Beispiel eine Dichtplatte oder eine Dichtlippe, schließt dabei eine erste Durchbrechung der Stapelscheibe ab, sodass dadurch mit einem zusätzlichen Bauteil an der Stapelscheibe eine erste Durchbrechung abgeschlossen ist

Die wenigstens eine Strömungsöffnung ist im Bereich oder am anderen En- de des Tauchrohres ausgebildet bezüglich eines ersten Endes des Tauchrohres mit der ersten Ein- oder Austessö fnung. in einer zusätzlichen Variante ist die wenigstens eine Strömungsöffnung radial und/oder axial bezüglich einer Längsachse des Tauchrohres ausgebit- det.

Zweckmäßig ist der Wärmeübertrager als ein Verdampfer mit einem, vorzugsweise thermischen, Expansionsventil ausgebildet und das erste Fluid ist ein Kältemittel und das zweite Fluid ist ein Kühlmittel, z. B. Wasser oder Luft.

In einer zusätzlichen Ausführungsform weist das thermische Expansionsventil sowohl einen Einströmkanal zum Einleiten des Kältemittels und einen Ausströmkanal zum Ausleiten des Kältemittels auf. Das thermische Expansi- onsventii umfasst ferner vorzugsweise eine Einrichtung zur Veränderung der Strömungsquerschnittsfläche des Einströmkanals in Abhängigkeit von der Temperatur des durch den Ausströmkanal an dem Expansionsventil geleiteten Kältemittels.

In einer ergänzenden Ausgestaltung ist das Expansionsventil mit einem Ver- bindungsfiansch an dem übrigen Wärmeübertrager befestigt und der Verbindungsflansch weist sowohl einen Einströmkanal zum Einleiten des Kältemittels und einen Ausströmkanal zum Ausleiten des Kältemittels auf. in einer zusätzlichen Ausgestaltung ist das Expansionsventil, vorzugsweise unmittelbar, ohne einen Verbindungsflansch an dem übrigen Wärmeübertrager, zum Beispiel an einer Abdeckplatte oder an einer Bodenplatte, befestigt.

Vorzugsweise sind eine Verbindungsflansch-Auslassöffnung und der Ausströmkanal des Verbindungsflansches fluchtend zu der ersten Auslass- Öffnung an dem übrigen Wärmeübertrager ausgebildet und/oder der Ausstrcmkartai weist an dem Vecbindunqsttansch im Wesentlichen keine Umlenkung auf. Im Wesentlichen keine Umlenkung bedeutet, dass der Ausströmkanal keine Biegung oder Kurve zur Umlenkung des Kältemittels bzw. des ersten Ruids mit einer Umlenkung von wenigstens 20", 10°, 5° oder 2° aufweist. Eine Umlenkung des durch den Ausströmkanal des Verbindungsflansches ausgeleiteten ersten Fluides, insbesondere Kältemittels, ist zu vermeiden, um einen unnötigen Druckverlust des ausströmenden Kältemittels zu vermeiden. In einer ergänzenden Variante ist das Tauchrohr mit einem Loslager und einem Festlager an dem Wärmeübertrager befestigt und an dem Loslager ist das Tauchrohr in Richtung der Längsachse des Tauchrohres zu dem Loslager bewegbar und vorzugsweise ist das Loslager von der Umlenkscheibe oder einer Abdeckplatte gebildet. Der Wärmeübertrager bzw. der Stapel aus den Stapelscheiben wird stoffschlüssig mit Löten während eines Lötvorganges in einem Lötofen miteinander verbunden. Dabei kommt es zu einem Setzprozess der aufeinandergestapeiten Stapelscheiben, sodass dadurch die Ausdehnung bzw. Größe des Stapels senkrecht zu einer von den Stapelscheiben aufgespannten Ebene abnimmt. Während des Lötprozesses ist bereits auch das Tauchrohr an dem Wärmeübertrager bzw. innerhalb des Stapels angeordnet und wird ebenfalls stoffschlüssig mit dem Wärmeübertrager an dem Festlager verbunden. Ein Loslager ist erforderlich, damit der Stapel während des Lötprozesses den Setzprozess ausführen kann. Beispielsweise ist das Festlager an der Abdeckplatte ausgebildet und das Tauchrohr wird mittels einer Lotplattierung auf der Abdeckplatte und dem Tauchrohr beim Löten im Lötofen Stoff schlüssig mit der Abdeckplatte verbunden. Im Gegensatz hierzu ist beispielsweise das Loslager an der Umlenkscheibe ausgebildet. Die Umlenkscheibe weist eine Öffnung auf, durch welche das Tauchrohr durchgeführt ist. Dabei ist sowohl an dem Tauchrohr als auch a der Umlenkscheibe im Bereich dieser Öffnung keine Lotplattie- rung vorhanden, sodass dadurch beim Löten im Lötofen keine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem T chmhr und der Um nksc eibe entsteht und dadurch ein Losiager zwischen dem Tauchrohr und der Öffnung der Umlenkscheibe entsteht. In einer ergänzenden Ausführungsform umfasst der Wärmeübertrager eine Fixierungseinrichtung zur Befestigung des Wärmeübertragers und vorzugsweise ist die Fixierungseinrichtung von dem Verbindungsflansch gebildet. Abweichend hiervon kann die Fixierungseinrichtung auch als zusätzliches Bauteil in Ergänzung zu dem Verbindungsfiansch bzw. dem Verbindungs- block ausgebildet sein. Beispielsweise ist eine derartige Fixierungseinrichtung stoffschlüssig mit Löten an der Abdeckplatte oder an der Bodenplatte befestigt. Die Fixierungseinrichtung als gesondertes Bauteil oder als Verbindungsflansch weist dabei wenigstens eine, vorzugsweise mehrere, Bohrungen auf und in diesen Bohrungen können Befestig ungseiemente, zum Bei ^' - spiel Schrauben oder Bolzen, befestigt werden zur Fixierung des - I Q - Wärmeübertragers an einem anderen Bauteil, zum Beispiel einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges,

In einer zusätzlichen Ausführungsform liegt das Verhältnis zwischen der Strömungsquerschnittsfläche des Tauchrohres und der Strömungsquerschnittsfläche eines ersten Durchbruches außerhalb des Tauchrohres zwischen 0,1 und 0,6, Bei einer Verwendung des Wärmeübertragers als Verdampfer und somit bei einer Ausbildung des ersten Fluides als Kältemittel ist vorzugsweise das Tauchrohr an der ersten Ein- lassöffnung ausgebildet, sodass durch das Tauchrohr das flüssige Kältemittel in den Wärmeübertrager bzw. Verdampfer einströmt. Die Massenstrom- dichte ist somit im Tauchrohr groß, v/eil das Kältemittel noch nicht verdampft ist. Nach dem Ausleiien des Kältemittels an wenigstens einer Strömungsöffnung verdampft das Kältemittel beim Durchleiten durch den ersten Fluidka- na!, sodass beim Durchströmen eines ersten Durchbruches außerhalb des Tauchrohres das Kältemittel wenigstens teilweise bereits verdampft ist und dadurch eine geringere Massenstromd ^' ichte aufweist. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass die Größe der Strömungsquerschnittsfläche des ersten Durchbruches außerhalb des Tauchrohres größer ist als die Strömungsquerschnittsfläche des Tauchrohres.

In einer weiteren Ausgestaltung bestehen die Komponenten des Wärmeübertragers, insbesondere das Tauchrohr, die Stapelscheiben, die Abdeckplatte, die Bodenplatte, der Verbindungsflansch und/oder das Expan- sionsventil wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, insbesondere Stahl, Eisen oder Aluminium oder aus Buntmetall.

In einer ergänzenden Variante sind die Komponenten des Wärmeübertragers stoffschlüssig, insbesondere mittels Löten, miteinander verbunden. Zweckmäßig weisen die Komponenten des Wärmeübertragers eine Plattierung mit Lot auf zur stoffschlüssigen Verbindung der Komponenten des Wärmeübertragers mittels Löten in einem Lötofen. in einer zusätzlichen Ausführungsform weisen die Abdeckplatte und/oder die Bodenplatte eine größere, vorzugsweise um das wenigstens 1 ,5-, 2-, 3- oder 5-Fache größere, Dicke auf als die Stapelscheiben.

(n einer weiteren Ausgestaltung ist die Länge des Tauchrohres kleiner als die Ausdehnung des Stapels senkrecht zu einer von den Stapelscheiben aufgespannten Ebene.

Zweckmäßig ist das Tauchrohr im Querschnitt kreisförmig _» ellipsenförmig, mehreckig, z. B. drei- oder viereckig, insbesondere quadratisch, ausgebildet

In einer weiteren Variante weist das Tauchrohr in Längsrichtung eine unterschiedliche Strömungsquerschnittsfläche, z. B. mit einer Abweichung von mehr als 5%, 10% oder 20%, auf. In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die Summe der Strömungsquerschnittsfläche der wenigstens einen Strömungsöffnung des Tauchrohres kleiner, vorzugsweise um mehr als 5%, 10% oder 20% kleiner, als die Strömungsquerschnittsfläche des Tauchrohres. Dies führt zu einer Mikrodrosselung beim Ausströmen des Kältemittels aus dem Tauchrohr und damit zu einer besseren Verteilung durch Zerstäubung des Kältemittels beim Austreten aus dem Tauchrohr.

Erfindungsgemäßes System für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen einer Batterie und vorzugsweise eines Kraftfahrzeuginnenraumes, umfassend einen Kühlmittelkreislauf zum Kühlen der Batterie und vorzugsweise des Kraftfahrzeuginnenraumes, einen Kältekreis mit einem Kondensa- tor, einem Verdichter, einem Expansionsventif, vorzugsweise einem ersten Verdampfer zum Kühlen des Kraftfahrzeuginnenraumes und einem zweiten Verdampfer zum Kühlen der Batterie, indem der zweite Verdampfer als Wärmeübertrager mit dem Kühlmittelkreislauf thermisch gekoppelt ist und wobei der Wärmeübertrager als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebener Wärmeübertrager ausgebildet ist.

Zweckmäßig sind die Stapelscheiben des Wärmeübertragers zu einem Block aus übereinander gestapelten Stapelscheiben angeordnet fn einer Variante sind die Stape!scheiben im Wesentlichen, z. B, mit einer Abweichung von weniger als 10°, 5° oder 2°, parallel übereinander angeordnet. Vorzugsweise umfasst der Wärmeübertrager wenigstens 5, 8, 10, 20, 30, 38, SO, 56 oder 68 Stapetecheitsen.

Eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugklimaanlage umfasst ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes System und/oder die Kraftfahrzeug- Klimaanlage umfasst einen in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Wärmeübertrager.

Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht eines Wärmeübertragers

in einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem

Expansionsventil, Fig. 2 eine perspektivische Schnittansicht des Wärmeübertragers

in einem zweiten Ausführungsbeispiel mit dem Expansionsventil, eine weitere perspektivische Schnittansicht des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2 ohne Expansionsventil, eine weitere perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2 mit Expansionsventil,

Fig. 5 eine Lagerung bzw. Verbindung in einem ersten Ausführungsbeispiel eines Tauchrohres an einer Umlenkscheibe,

Fig. 6 eine Lagerung bzw. Verbindung in einem zweiten Ausführungsbei- spie) des Tauchrohres an der Umlenkscheibe, Fig. 7 eine Lagerung bzw. Verbindung in einem dritten Ausführungsbeispiel des Taucrirahres an der Umlenkscheibe,

Fig. 8 eine Lagerung bzw. Verbindung in einem vierten Ausführungsbeispiel des Tauchrohres an der Umlenkscheibe,

Fig. 9 eine Lagerung bzw. Verbindung in einem fünften Ausführungsbeispiel des Tauchrohres an der Umlenkscheibe und

Fig. 10 eine Lagerung bzw. Verbindung in einem sechsten Ausführungsbei- spiel des Tauchrohres an der Umlenkscheibe.

Der in Fig. 1 in einer Seitenansicht dargestellte Wärmeübertrager 1 oder Chiller 1 wird in einem nicht dargestellten System zum Erwärmen und/oder Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeuges als Hybrid- oder Bektrofa rzeug eingesetzt. Der Wärmeübertrager 1 ist dabei als Wärmeübertrager 1 in

Scheibenbauweise ausgeführt. Eine Vielzahl von Stapelscheiben 2 mit ers- ten und zweiten Durchbrechungen 4, 5 bzw. Öffnungen 4, 5 sind übereinander zu einem Stapel 3 aufgestapelt. Dadurch bildet sich zwischen den Stapelscheiben 2 ein erster Fluidkanal und ein zweiter Fluidkanal zum Durchleiten eines Fluids auf. Dadurch kann Wärme von dem ersten Fluid auf das zweite Fluid übertragen werden oder umgekehrt. Die ersten Durchbrechungen 4 bilden ebenfalls den ersten Fluidkanal, durch welchen das erste Fluid in den ersten Fluidkanal zwischen den Stapelscheiben 2 ein- und ausströmt. Dies gilt analog auch für den zweiten Fluidkanal bzw. die zweiten Durchbrechungen 5. Das obere Ende des Stapels 3 aus den Stapelscheiben 2 gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist oben von einer Abdeckplatte 9 abgeschlossen und unten ist der Stapel 3 von einer Bodenplatte 10 abgeschlossen. Die Abdeckplatte 9 und Bodenplatte 10 weisen dabei eine größere Dicke auf als die Stapelscheiben 2. Auch die Abdeckplatte 9 weist erste Durchbrechungen 4 bzw. Öffnungen und zweite Durchbrechungen 5 bzw. Öffnungen 5 zum Durchleiten des ersten und zweiten Fluides auf. Die beiden ersten Durchbrechungen 4 sind dabei ausscft ieß ch an der Abdeckglatte 9 und nicht an der Bodenplatte 10 ausgebildet, so dass die beiden ersten Durchbrechungen 4 an einer Seite des Stapels 3 ausgebildet sind. Eine erste Durchbrechung 4 bildet eine erste Einlassöffnung 6 für das erste Fluid, hier Kältemittel, und eine weitere erste Durchbrechung 4 an der Abdeckplatte 9 bildet eine erste Auslassöffnung 7 für das Kältemittel. Analog bildet eine zweite Einlassöffnung 8 (Fig. 3) und eine zweite Auslassöffnung (nicht dargestellt) an der Abdeckplatte 9 die Ein- und Auslassöffnung 8 für das zweite Fluid. Das zweite Fluid wird durch den zweiten Fluidkanal zwischen den Stapelscheiben 2 oh- ne Umlenkung und nicht mäanderförmig in nur einer Strömungsrichtung durch den zweiten Fluidkanal geleitet.

Die erste Durchbrechung 4 an der Abdeckplatte 9, welche eine erste Einlassöffnung 6 für das Kältemittel bildet, weist dabei ein Tauchrohr 11 auf, Das Tauchrohr 11 ist dabei stoffschlüssig mittels einer Lötverbindung an der Abdeckplatte 9 im Bereich der ersten Durchbrechung 4 bzw. der ersten Ein- lassöffnung 6 befestigt. Dabei stellt diese Befestigung des Tauchrohres 11 an der Abdeckplatte 9 ein festlager 15 für das Tauchrohr 11 dar. Das Kältemittel wird durch den ersten Fluidkanai zwischen den Stapelscheiben 2 durch drei Abschnitte 25 in entgegengesetzter Richtung mäanderförmig durch den ersten Fluidkanai zwischen den Stapelscheiben 2 geleitet Hierzu ist es erforderlich, dass die ersten Durchbrechungen 4 der Stapeischeiben 2 an zwei Stellen verschlossen sind. Hierzu weisen zwei Stapelscheiben 2 keine ersten Durchbrechungen 4 auf und bilden damit eine Umlenkscheibe 24 als Umlenkeinrichtung 23, in Fig. 1 sind an den in Fig. 1 dargestellten linken ersten Durchbrechungen 4 eine untere Umlenkscheibe 24 vorhanden, welche die linken ersten Durchbrechungen 4 abtrennt und es ist an den rechten ersten Durchbrechungen 4 eine obere Umlenkscheibe 24 vorhanden, welche an einer Stelle den Raum von den rechten ersten Durchbrechungen 4 ausgebildeten ersten Fluidkanai abtrennt Die untere Umlenkscheibe 24 weist dabei eine Öffnung auf, durch welche das Tauchrohr 11 durchgeführt ist. Ein unteres Ende des Tauchrohres 1 weist dabei eine axfate Strömungsäffnung 12 auf, durch welche das an der ersten Einlassöffnung 6 eingeleitete flüssige Kältemittel aus dem Tauchrohr 1 1 ausströmt in den ersten Fluidkanai unterhalb der Umlenkscheibe. Nach dem Ausströmen aus der Strömungsöffnung 12 strömt das Kältemittel von links nach rechts durch den untersten Abschnitt 25, wird anschließend in dem ersten Fluidkanai im Bereich der rechten ersten Durchbrechungen 4 umgeleitet und strömt anschließend in entgegengesetzter Richtung durch den mittleren Abschnitt 25 des ersten Fluidka- nals. Anschließend wird das Kältemittel an den linken ersten Durchbrechun- gen 4 oberhalb der Umlenkscheibe 24 und außerhalb des Tauchrohres 1 1 wiederum umgeleitet und strömt durch den obersten Abschnitt 25 und anschließend aus dem obersten Abschnitt 25 in den ersten Fluidkanai oberhalb der oberen Umlenkscheibe 24 in die rechten ersten Durchbrechungen 4 und anschließend aus der ersten Auslassöffnung 7 aus dem Wärmeübertrager 1 bzw. dem Stapel 3 aus den Stapelscheiben 2 wieder aus. Die Verbindung zwischen dem Tauchrohr 1 1 und der Umlenkscheibe 24 ist dabei als ein Los!ager 14 ausgebildet, sodass dadurch in Richtung einer Längsachse 13 des Tauchrohres 11 das Tauchrohr 1 1 beweglich zu der Umlenkscheibe 24 als Loslager 14 ist. Die Strömungsöffnung 12 des Tauchrohres 11 ist dabei axial zu der Längsachse 13 des Tauchrohres 1 1 ausgebildet,

Auf der Abdeckplatte 9 ist mittels einer Lötverbindung ein Verbindungsflansch 16 bzw. ein Verbindungsblock 17 aus Metall befestigt. Der Verbindungsflansch 16 weist dabei einen Einströmkanal 18 zum Einleiten des Kältemittels in den Wärmeübertrager 1 auf und einen Ausströmkanal 19 zum Ausleiten des Kältemittels aus dem Wärmeübertrager 1 auf. Dabei ist der Ausströmkanal 19 fluchtend zu der ersten Ausfassöffnung 7 ausgebildet und der Einströmkanal 8 weist zwei Biegungen bzw. Kurven als Umlenkstellen von ungefähr 90° auf. Ferner ist auch eine Verbindungsflansch- Auslassöffnung 20 als Ende des Ausströmkanals 19 fluchtend zu der ersten Äuslassöffnung 7 an einer Stapefscheibe 7 bzw.. an der Abdeckplatte 9 ausgebildet Dabei stellt die erste Ausiassöffnung 7 auch eine rechte erste Durchbrechung 4 dar. Der Verbindungsblock 17 ist auch eine Fixierungseinrichtung 21 zur Befestigung des Wärmeübertragers 1 an anderen Bauteilen, zum Beispiel einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt). Hierzu weist die Fixierungseinrichtung 21 bzw. der Verbindungsflansch 16 mehrere Bohrungen 22 auf. Durch diese Bohrungen 22 kann mittels Schrauben oder Bolzen (nicht dargestellt) in den Bohrungen 20 eine mechanische Verbindung zwischen der Fixierungseinrichtung 21 und einem änderen Bauteil hergestellt werden. Abweichend von der stoffschlüssigen Lötverbindung zwi- sehen dem Verbindungsblock 17 und der Abdeckplatte 9 kann der Verbindungsflansch 16 auch mit einer nicht dargestellten Schraubverbindung und wenigstens einer O-Ring-Dichtung fluiddicht mit der Abdeckplatte 9 verbunden werden. Auf dem Verbindungsflansch 16 ist ein thermisches Expansionsventil 26 mit einem Einströmkanal 27 und einem Ausströmkanal 28 befestigt. Das Expan- sionsventil 26 ist dabei fiuiddicht mit dem Verbindungsflansch 16 verbunden, beispielsweise mit einer stoffschlüssigen Fügeverbindung, zum Beispiel einer Laser- oder Plasmaschweißung, einer Lötverbindung oder einem anderen Fügeverfahren, wie Kleben oder Umformen. Abweichend hiervon kann auch das Expansionsventil 26 mit einer Schraub- oder Nietverbindung an dem Verbindungsfiansch 16 befestigt sein und mittels wenigstens einer 0- Ring-Dichtung besteht eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Expansionsventil 26 und dem Verbindungsflansch 16 (nicht dargestellt). Dabei mündet fluchtend der Einströmkanal 18 des Verbindungsflansches 16 in den Einströmkanal 27 des Expansionsventils 26 und der Ausströmkanal 19 des Verbindungsflansches 16 mündet fluchtend in den Ausströmkanaf 28 des thermischen Expansionsventils 26,

In den Fig. 2 bis 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausfühvungsbeispiet gemäß Fig. 1 beschrieben. Das Tauchrohr 11 weist zwei radiale Strömungsöffnungen 12 auf. Durch die beiden radialen Strömungsöffnungen 12 bezüglich der Längsachse 13 strömt das Kältemittel in den ersten Flu ^' idkanal unterhalb der Umlenk- scheibe 29 an den linken ersten Durchbrechungen 4 ein. In Fig. 3 sind ferner zwei Kühlmittelstutzen 29 zum Ein- und Ausleiten des Kühlmittels, zum Beispiel Wasser mit einem Frostschutzmittel, dargestellt. An den Kühlmittelstutzen 29 sind fluchtend mit dem Kühlmittelstutzen 24 an den Stapelscheiben 2 zweite Durchbrechungen 5 ausgebildet. In Fig. 3 sind dabei diejenigen zwei- ten Durchbrechungen 5 dargestellt, durch welche das Kühlmittel in den Wärmeübertrager 1 eingeleitet wird.

In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 1 mit dem thermischen Expansionsventil 26, ist das Ex- pansionsventil 26 ohne den Verbindungsflansch 16 an der Abdeckplatte 9, zum Beispiel mittels einer Lötverbindung, befestigt Dabei ist die erste Aus- lassöffnung 7 an dem Stapel 3 aus Stapelscheiben 2 mit der Abdeckplatte 9 und der Bodenplatte 10 als übrigen Wärmeübertrager 1 fluchtend zu dem Ausströmkanal 28 des Expansionsventils 26 ausgebildet. Das durch den Einströmkanal 27 in das Expansionsventil 28 eingeleitete flüssige Kältemittel wird dabei nach dem Durchströmen durch den Einströmkanal 27 durch ein zusätzliches Käitemittelrohr von dem Ende des Einströmkanals 27 zu der ersten Einlassöffnung 6 bzw. dem Tauchrohr 11 geleitet. Dieses zusätzliche Kältemittelrohr als separates Bauteil weist dabei eine geringe Größe oder Ausdehnung auf, weil keine Umlenkung des Kältemittels von einer Seite zur einer anderen Seite des übrigen Wärmeübertragers 1 erforderlich ist und entspricht in seiner Funktion dem Ei ^' nströmkanal 18 des Verbindungsfian- sches 16 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.

In den Fig. 5 bis 8 sind verschiedene Ausführungsbeispiele zur Verbindung bzw. Lagerung des Tauchrohres 1 1 an der Öffnung der Umlenkscheibe 24 dargesieift. Die (Jmienkscneifoe 24 v/eist im Bereich der Öffnung zur Durchführung des Tauchrohres 11 bzw. zum Durchleiten des Kältemittels durch die Umienkscheibe 24 einen Einzug 30 nach oben, gemäß der Darstellung in Fig. 5, einen Einzug 30 nach unten, gemäß der Darstellung in Fig. 6, jeweils außenseitig, gemäß der Darstellung in Fig. 5 und 6, oder einen Einzug 30 nach unten innenseitig im Bereich der Strömungsöffnung 2 des Tauchrohres 1 1 auf gemäß der Darstellung in Fig. 7. Ferner kann das Tauchrohr 11 auch mit einem Einzug 30 nach oben ausgebildet sein gemäß der Darstellung in Fig. 8 und dabei besteht eine Verrastung 31 zwischen der Umlenk- scheibe 24 und dem Tauchrohr 11. In dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Tauchrohr im Bereich des Endes an der Strömungsöffnung 12 eine Absetzung 32 auf und mittels der Absetzung 32 sowie einer zwischen der Absetzung 32 und der Umlenkscheibe 24 angeordneten Dichtringes 33 liegt das Tauchrohr 11 mittelbar mittels des Dichtringes 33 auf der Umlenkscheibe 24 auf. Gemäß der Darstellung in Fig. 10 ist das Tauchrohr 1 1 mittels einer Ringscheibe 34 an der Umlenkscheibe 24 verlötet. Bei einer derartigen, letztgenannten Verlötung liegt somit ein Festlager 15 zwischen dem Tauchrohr 1 1 und der Umlenkscheibe 24 vor.

Zum Kühlen einer nicht dargestellten Batterie eines Hybrid- oder Elektrofahr- zeuges wird Kühlmittel, z. B. Wasser mit einem Frostschutzmittel oder Luft, als zweites Fluid zu den Batterien geleitet. An den Batterien nimmt das Kühlmittel Wärme von den Batterien auf und wird anschließend in einem Kreislauf zu dem Wärmeübertrager 1 geleitet. Das Kühlmitte! durchströmt den zweiten Fluidkanal des Wärmeübertragers 1 Das Kältemittel des Kälte- kreises mit einem nicht dargesteliten Verdichter und einem Kondensator strömt dabei ebenfalls durch den Wärmeübertrager 1 , d. h. durch den ersten Fluidkanal des Wärmeübertragers 1 insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1 als Verdampfer bzw. Kältemittelverdampfer wesentliche Vorteile verbunden. Die erste Einfassöffnung 6 als auch die erste Ausiassöffnung 7 zum Ein- und Ausleiten des Kältemittels in und aus dem Kältemittelverdampfer 1 ist dabei an einer Seite des Stapels 3 bzw. des übrigen Wärmeübertragers 1 ausgebildet, weil mit dem Tauchrohr 11 das Kältemittel von der Abdeckplatte 9 zu dem ersten Fluidkanal geleitet wird. Dadurch ist es beim Anbau eines thermischen Expansionsventils 26 und bei einer mäanderförmigen Durchleitung des Kältemittels durch de ersten Fluidkanal zwischen den Stapelscheiben 2 durch drei Abschnitte 25 nicht mehr erforderlich, das Kältemittel von einer Seite des Wärmeübertragers 1 zu dem thermischen Expansionsventil 26 an einer anderen Seite des Wärmeübertragers 1 mit einem langen Kältemittelrohr zu leiten. Dadurch kann Bauraum eingespart werden und die Kosten bei der Herstellung sind niedrig. Bezugszeichenliste

Wärmeübertrager, Chiiler

Stapelscheibe

Stapel aus Stapelscheiben

Erste Durchbrechungen

Zweite Durchbrechungen

Erste Einlassöffnung

Erste Auslassöffnung

Zweite EMassöffnung

Abdeckplafte

Bodenplatte

Tauchrohr

Strömungsöffnung

Längsachse des Tauchrohres

Losfager

Festlager

Verbindungsflansch

Verbindungsblock

EinströrnkanaJ an Verbindungsflansch

Ausströmkanal an Verbindungsflansch

Verbindungsflansch-Auslassöffnung

Fixierungseinrichtung zur Befestigung des Wärmeübertrag' Bohrungen in Fixierungseinrichtung

Umlenkeinrichtung

Umlenkscheibe

Abschnitt des ersten Fluidkanales

Expansionsventil Einströmkanal an Expansionsventil Ausströmkanaf an Expansionsventil Kühlmittelstutzen

Einzug an Umienkscheibe

Verrastung an Umienkscheibe Absetzung an Tauchrohr

Dichtring an Umlenkscheibe

Ringscheibe an Tauchrohr