DE-102024109417-B4 - Wärmetauscher und Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers

Abstract

Wärmetauscher (10) mit mindestens zwei Wärmetauscherlagen (12, 14, 16), welche jeweils mehrere, nebeneinander angeordnete Rohre (20) aufweisen, wobei die Wärmetauscherlagen (12, 14, 16) aufeinander gestapelt angeordnet sind und miteinander fest verbunden sind, wobei zwischen den Wärmetauscherlagen (12, 14, 16) mindestens ein Positionierelement (30, 32) angeordnet ist, welches je Rohr (20) eine Aufnahmeaussparung (301, 302, 321, 322) zur Positionierung der Rohre (20) der Wärmetauscherlagen (12, 14, 16) relativ zueinander aufweist und mit den Wärmetauscherlagen (12, 14, 16) fluiddicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (20) einer Wärmetauscherlage (12, 14, 16) durch einen Faden (22) zu einer Wärmetauschermatte verbunden sind, wobei das Positionierelement (30, 32, 34, 36) und der die Rohre (20) verbindende Faden (22) sich in Längsrichtung der Rohre (20) überlagern.

Inventors

• Gregor Wolf
• Hubert Stadtfeld

Assignees

• DR. ING. H.C. F. PORSCHE AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20240404

Claims (10)

1. Wärmetauscher (10) mit mindestens zwei Wärmetauscherlagen (12, 14, 16), welche jeweils mehrere, nebeneinander angeordnete Rohre (20) aufweisen, wobei die Wärmetauscherlagen (12, 14, 16) aufeinander gestapelt angeordnet sind und miteinander fest verbunden sind, wobei zwischen den Wärmetauscherlagen (12, 14, 16) mindestens ein Positionierelement (30, 32) angeordnet ist, welches je Rohr (20) eine Aufnahmeaussparung (301, 302, 321, 322) zur Positionierung der Rohre (20) der Wärmetauscherlagen (12, 14, 16) relativ zueinander aufweist und mit den Wärmetauscherlagen (12, 14, 16) fluiddicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass die Rohre (20) einer Wärmetauscherlage (12, 14, 16) durch einen Faden (22) zu einer Wärmetauschermatte verbunden sind, wobei das Positionierelement (30, 32, 34, 36) und der die Rohre (20) verbindende Faden (22) sich in Längsrichtung der Rohre (20) überlagern.
2. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass zwischen zwei zueinander benachbarten Wärmetauscherlagen (12, 14, 16) zwei Positionierelemente (30, 32) angeordnet sind, wobei die beiden Positionierelemente (30, 32) einen quer zur Längsachse der Rohre (20) ausgerichteten Strömungskanal (18) fluiddicht begrenzen.
3. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass an einer dem Positionierelement (30, 32) abgewandten Seite zumindest einer der Wärmetauscherlagen (12, 16) ein endseitiges Positionierelement (34, 36) angeordnet ist, wobei das endseitige Positionierelement (34, 36) ausschließlich an einer Seite die Aufnahmeaussparungen (341, 361) aufweist.
4. Wärmetauscher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Positionierelement (30, 32, 34, 36) mit den Wärmetauscherlagen (12, 14, 16) stoffschlüssig verbunden ist.
5. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Positionierelement (30, 32, 34, 36) mindestens einen Klebstoffkanal (303, 304, 323, 324, 342, 362) aufweist, welcher sich entlang der nebeneinander angeordneten Rohre (20) erstreckt und eine Klebstoffeinführöffnung (307) aufweist.
6. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , dass das zwischen zwei Wärmetauscherlagen (12, 14, 16) angeordnete Positionierelement (30, 32) jeweils einen nutartigen Klebstoffkanal (303, 304, 323, 324) an beiden, jeweils einer Wärmetauscherlage (12, 14, 16) zugewandten Seiten des Positionierelements (30, 32) aufweist.
7. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die Klebstoffeinführöffnung (307) mit einem der Klebstoffkanäle (303, 304; 323, 324) verbunden ist, wobei in einer Zwischenwand (305, 325) eine Öffnung (306) für eine Verbindung zwischen den beiden Klebstoffkanälen (303, 304; 323, 324) vorgesehen ist.
8. Wärmetauscher (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die Klebstoffeinführöffnung (307) an einem Ende des Positionierelements (30, 32, 34, 36) angeordnet ist.
9. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Positionierelement (30, 32, 34, 36) zumindest abschnittsweise aus einem bei Temperatureinwirkung aufschmelzenden Material hergestellt ist und derart ausgeführt ist, dass bei einer Erstarrung des Materials die Wärmetauscherlagen (12, 14, 16) mit dem Positionierelement (30, 32, 34, 36) stoffschlüssig verbunden sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 .

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Mikrokanalbündel-Wärmetauscher. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers. Derartige Wärmetauscher, insbesondere Mikrokanalbündel-Wärmetauscher, sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt und dienen in Kraftfahrzeugen beispielsweise der Kühlung von Ladeluft bei einem aufgeladenen Verbrennungsmotor. Derartige Wärmetauscher weisen üblicherweise mehrere, gestapelte Wärmetauscherlagen bzw. Wärmetauschermatten auf, wobei jede Wärmetauscherlage eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Rohren, insbesondere Kunststoffrohren, aufweist. Die einzelnen Wärmetauscherlagen sind üblicherweise derart miteinander verklebt, dass zwischen den Wärmetauscherlagen ein Strömungskanal vorliegt. Im Betrieb werden einerseits die Rohre der Wärmetauscherlagen mit einem ersten Fluid durchströmt und andererseits der zwischen den Wärmetauscherlagen ausgebildete Strömungskanal mit einem zweiten Fluid durchströmt, wobei das erste Fluid die Rohre in eine erste Strömungsrichtung durchströmt und das zweite Fluid den Strömungskanal in eine zweite, quer zur ersten Strömungsrichtung ausgerichtete Strömungsrichtung durchströmt. Ein derartiger Wärmetauscher ist beispielsweise in der DE 10 2020 105 454 A1 offenbart. Aus der DE 10 2019 133 563 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, welcher mehrere Wärmetauscherlagen aufweist, welche jeweils mehrere, nebeneinander angeordnete Rohre aufweisen. Die Wärmetauscherlagen sind aufeinandergestapelt angeordnet und miteinander fest verbunden, derart, dass zwischen den Wärmetauscherlagen mindestens ein Positionierelement angeordnet ist, welches je Rohr eine Aufnahmeaussparung zur Positionierung der Rohre der Wärmetauscherlagen relativ zueinander aufweist und mit den Wärmetauscherlagen fluiddicht verbunden ist. Aus der US 2008 / 0 135 219 A1 ist ein Wärmetauscher mit mehreren Hohlrohren bekannt, wobei die Hohlrohre mit Hilfe von handelsüblichen Wickel- und Flechtgeräten zu einer Schnur geflochten, verdreht oder verflochten sind. Aus der DE 698 22 648 T2 ist ein Wärmetauscher für eine medizinische Anwendung bekannt, welcher mehrere Hohlrohre aufweist, wobei die Hohlrohre über einen Faden zueinander positioniert und miteinander verbunden sind. Problematisch an einem derartigen Aufbau eines Wärmetauschers ist, dass die Wärmetauscherlagen üblicherweise manuell durch einen Werker aufeinander positioniert werden und miteinander verklebt werden, wobei der Herstellungsaufwand relativ hoch ist und die Reproduzierbarkeit bei der Herstellung der Wärmetauscher relativ gering ist. Außerdem variieren die Abstände zwischen den Wärmetauscherlagen und damit der Durchströmungsquerschnitt des Strömungskanals zwischen den Wärmetauscherlagen in Abhängigkeit von der Montage der Wärmetauscherlagen und damit von der Relativlage der Wärmetauscherlagen zueinander. Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher und ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers bereitzustellen, bei welchem die Reproduzierbarkeit bei der Herstellung der Wärmetauscher erhöht und der Herstellungsaufwand reduziert werden kann. Der Wärmetauscher umfasst mindestens zwei Wärmetauscherlagen, welche jeweils mehrere, nebeneinander angeordnete Rohre aufweisen, wobei die Wärmetauscherlagen gestapelt zueinander angeordnet sind und miteinander fest verbunden sind. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher in einem Gehäuse angeordnet. Die Rohre sind vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketonketon (PEKK) oder Polyimid, hergestellt. Das Polyimid kann beispielsweise als Polysuccinimid (PSI) und/oder Polybismaleinimid (PBMI) und/oder Polyoxadiazobenzimidazol (PBO) und/oder Polyimidsulfon (PISO) und/oder Polymethacrylimid (PMI) und/oder als ein anderer Kunststoff mit einer Imidgruppe ausgebildet sein. Bei der Herstellung werden die Rohre beispielsweise extrudiert. Ein Extrudieren ist insbesondere dann vorgesehen, wenn die Rohre aus PEEK oder PEKK bestehen. Alternativ können Rohre auch tauchgeformt sein. Ein solches Herstellungsverfahren ist vorzugsweise dann vorgesehen, wenn die Rohre aus Polyimid bestehen. Alternativ können die Rohre auch aus einem anderen geeigneten Werkstoff hergestellt sein. So können die Rohre aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Edelstahl, Titan oder Aluminium, hergestellt sein, welche eine besonders hohe Stabilität aufweisen. Zwischen den Wärmetauscherlagen ist mindestens ein Positionierelement angeordnet, welches je Rohr eine Aufnahmeaussparung zur Positionierung der Rohre der Wärmetauscherlagen relativ zueinander aufweist und mit den Wärmetauscherlagen fluiddicht verbunden ist. Vorzugsweise sind zwischen zwei zueinander benachbarten Wärmetauscherlagen zwei Positionierelemente angeordnet, wobei durch die beiden Positionierelemente ein quer zur Längsachse der Rohre ausgerichteter Strömungskanal fluiddicht begrenzt ist. Im Betrieb des Wärmetauschers werden die Rohre mit einem