DE102004002252B4

DE102004002252B4 - Wärmeübertrager für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102004002252B4
Application number: DE102004002252A
Authority: DE
Inventors: Hanskarl Hoffmann; Jörn Fröhling; Dragi Dr. Antonijevic
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2024-01-09
Also published as: DE102004002252A1; US20050161200A1; US7152668B2

Abstract

Wärmeübertrager für Fahrzeuge, aufweisend einen Wärmeübertragerkern mit einer Reihe von beabstandeten, endseits offenen Wärmeübertragerrohren und mindestens einem endbereichsseits angeordneten, verschlossenen Sammler zum Verteilen eines die Wärmeübertragerrohre durchströmenden Mittels, wobei die Sammler jeweils einen Rohrboden und einen Deckel umfassen, die über Verbindungsabschnitte abgedichtet miteinander verbunden sind, und wobei die Wärmeübertragerrohre durch den Rohrboden hindurchgesteckt und mit ihm verbunden sind sowie zueinander Abstandsräume ausbilden, wobei der Deckel mit mindestens einer zugeordneten, kammartigen, mit Zähnen und Rücken versehenen Trennwand fest verbunden ist, deren wärmeübertragerkernwärts gerichtete Zähne in die sammlerinneren Abstandsräume zwischen den Wärmeübertragerrohren geführt sind und zumindest mit dem Rohrboden in fester Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass im Deckel (11, 12) in vorgegebenen Abständen und in Reihe eingebrachte Stecklöcher (26, 28) in Form von Durchstecklöchern bzw. Durchgangsöffnungen vorhanden sind, durch die die Zähne (16, 17, 18, 19, 20; 21, 22, 23, 24, 25) der jeweiligen Trennwand (14; 15) von außerhalb des Deckels...

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für Fahrzeuge, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Für eine neue Generation von Wärmeübertragern mit einem umweltfreundlichen, aber auch sehr wirksamen Kältemittel, insbesondere auf der Basis von unter hohem Druck stehendem Kohlendioxid (R744), werden die Vorgaben für den Berstdruck der Wärmeübertrager-Baugruppen, insbesondere der beiden Sammler sicherheitshalber auf mehr als Dreifache während der Zerberstungs-Prüfung bei gleichzeitiger Temperaturerhöhung von derzeit 20°C auf 180°C (Hochdruckseite) oder 120°C (Niederdruckseite) ansteigen. Um aber der Zerberstungsgefahr entgegenzuwirken, müsste in der derzeitigen Produktion eines Wärmeübertragers, insbesondere eines Kondensators die Wandstärke des Deckels und des Rohrbodens zumindest um 2mm vergrößert werden.
Die Wärmeübertragerrohre enthalten unter Druck strömende Mittel, die Wärme abgeben oder aufnehmen können, und können somit je nach ihrer Funktion Kühl- oder Heizrohre sein.
Die derzeit allgemein auftretenden Probleme sind:

– im Verhältnis von aktiver Tiefe (Leitblech und Mehrfachdurchgangsrohre) zur Tiefe des Rohrbodens und Deckels, z.B. für ein 12 mm Leitblech/Rohrpaket wird etwa die doppelte Tiefe für die miteinander verbundenen Rohrboden und Deckel angegeben. Der Raum mit der doppelten Tiefe für den Wärmeübertrager ist im Fahrzeug zu platzeinnehmend.
– Wegen der großen Unterschiede in Hinblick auf die Materialmasse in dem zusammengebauten Sammler wird es schwer sein, die korrekten Hartlöt-Bedingungen zu finden, um das ganze Material mit den richtigen Löttemperaturen, ohne dass die dünneren Leitbleche schmelzen, zu versorgen. Der Bereich der Lötparameter für die Herstellung ist somit mehr als kritisch.
– Die große Wandstärke zwischen den verschiedenen Rohr-Reihenkammern des Wärmeübertragers, z.B. eines Verdampfers ergibt zu große Lücken zwischen den Mehrfachdurchgangsrohr-Reihen. Das führt in dem Bereich zu langen thermischen Übertragungswegen vom Kühlmittel aus bis zur vorbeiströmenden Luft. In dem Bereich ist die Leitblech-Wirksamkeit relativ schlecht.

Die Hochdruck-Erfordernisse bringen somit im Wesentlichen Materialprobleme mit sich.

Herkömmliche Wärmeübertrager weisen Sammler, wie in einer Querschnitts-Darstellung in 6a gezeigt ist, auf, die aus zwei Teilen – einem Rohrboden und einem Deckel – bestehen.

Der Rohrboden stellt meist lotplattiertes Flachmaterial dar, in das Löcher für die Aufnahme der Wärmeübertragerrohre gestanzt sind und das in einer Form gebogen gepresst ausgebildet ist.

Der Deckel stellt oft ein stranggepresstes Profil dar.

Zwischen den Wärmeübertragerrohren können sich Leitbleche befinden, um die Übertragungsfläche im Wärmeübertragerkern zu vergrößern.

Ein Problem der Sammler liegt in deren Aufbau, wobei große Wandstärken des Rohrbodens und des Deckels erforderlich sind, um der Gefahr eines Zerberstens der Sammler herabzusetzen, um dem vorgegebenen Mittel-Druck, insbesondere einem höheren Berstdruck bzw. um Druckspitzen zu widerstehen. Außerdem bedingen die Wandstärken relativ große Abmessungen des Sammlers und somit des Wärmeübertragers, der somit einen großen Platzbedarf im Fahrzeug benötigt.

Ein Wärmeübertrager ist bekannt, in dem die Sammler mehrere einzelne Versteifungsrippen zwischen dem Rohrboden und dem Deckel aufweisen. Zur Verstärkung des Rohrbodens ist andererseits eine Verteilungsplatte aus Kunststoffmaterial im Bereich des Rohrbodens kaschierend eingebracht, wobei die Verteilungsplatte mit einer Menge von Stecklöchern versehen ist, die korrespondierend zu den Stecklöchern des Rohrbodens eingebunden sind. Es liegt ein hoher kunststoffbezogener Materialaufwand zur Ausbildung des Sammlers vor, um einem hohen Druck im Sammler standzuhalten.

Ein Aufbau des Rohrbodens ist in der Druckschrift US 4,381,033 beschrieben, wobei die Innenwand des Rohrbodens mit mindestens einem teilrückseitig befestigten U-förmigen Halteelement für eine in das Halteelement einsteckbare Trennwand versehen ist, die mit dem Deckel im Kontakt steht. Die Trennwand teilt den Sammler in eine Eintritts- und Austrittskammer für das Kühlmittel. Der Wärmeübertrager ist für herkömmliche flüssige Kühlmittel vorgesehen. Die Trennwand kann einem höheren Kühlmittel-Druck kaum standhalten.

Ein weiterer Wärmeübertrager ist in der Druckschrift DE 69110725 T2 beschrieben, dessen Sammler aus den schon genannten beiden Teilen aufgebaut sind, in denen Eingriffslöcher für Unterteilungsplatten zur Ausbildung von Sammlerkammern für die Umlenkung des Kühlmittels in die zugehörigen Wärmeübertragerrohre und für gegensätzliches Durchströmen vorhanden sind. Der Verbindungsabschnitt zwischen dem Rohrboden und dem Deckel ist die eigentliche Schwachstelle bei der Erhöhung des Sammlerinnendrucks. Um dem hohen Druck des strömenden Mittels in den Sammlern standzuhalten, soll der Rohrboden mit längsseitigen Endbereichsverlängerungen versehen werden, die sich über die bisherigen Verbindungsabschnitte ausdehnen und mit den Deckeln derart in Verbindung stehen sollen, dass die Verlängerungen sich an der Rückseite der Deckel überlappend und halternd anlegen.

Ein Problem besteht darin, dass die Überlappungsverstärkung nicht ausreicht, um dem hohen Druck moderner Mittelsubstanzen, insbesondere von Druckstrom-Kohlendioxid (R744), zu widerstehen.

Es ist auch ein anderer Wärmeübertrager bekannt, dessen Sammler aus einer Bodenplatte und einem Deckel besteht. Der Sammlerraum ist durch mindestens ein Trennelement in zwei Kammern unterteilt. Die zugehörige Bodenplatte hat eine Vielzahl von Durchstecklöchern, durch die die Wärmeübertragerrohre hindurchgesteckt sind. Ebenso besitzt die Bodenplatte Passnuten, die zwischen den Stecklöchern für die Aufnahme der Endabschnitte der Wärmeübertragerrohre eingebracht sind. Die endbereichsseitigen Abschnitte der Wärmeübertragerrohre ragen dabei ins Innere des Sammlers. Das Trennelement ist mit Aussparungen und mit Einfügungen versehen und wird vor dem Zusammenbau des Sammlers und vor dem Verlöten auf die Endabschnitte der Wärmeübertragerrohre aufgesteckt. Die Einfügungen werden in die Passnuten eingepasst. Die Rückseite des Trennelements soll an dem Deckel anliegen, der danach an den Rohrbodenendbereichen arretiert angebracht ist.

Ein Problem besteht darin, dass durch die auch minimal beabstandete Anlage des Trennelements an der Innenwandung des Deckels der Sammler gegenüber den hohen Berstdruck-Vorgaben, insbesondere bei Einsatz des unter hohem Druck stehenden Mittels, z.B. R744, nicht die erforderliche Sicherheit gewährleisten kann.

Ein weiterer Wärmeübertrager ist bekannt, in dem der Aufbau eines Sammlers mit Verstärkungsplatten beschrieben ist, die als einzelne, voneinander getrennte Metallstücke oder als Rippen in großen Abständen zwischen dem Rohrboden und dem Deckel zur Versteifung des Sammlers eingesteckt sind.

Ein Problem besteht darin, dass der Sammler einem Druck im Fall von realen Hochdruckanwendungen mit Kohlendioxid nicht standhalten kann. Außerdem kann es Probleme beim Verlöten der Platten an den Sammlerteilen geben.

Es ist auch ein Sammler eines Wärmetauschers für Kraftfahrzeuge mit Kammerunterteilung aus sich kreuzenden Flachstegen bekannt.

Der Sammler besteht aus einem Rohrboden, in dem die Wärmeübertragerrohre geführt sind, und aus einem verschließenden Deckel. Die Flachstege zur Kammerunterteilung besitzen separate beidseitige Halterungszapfen-Anordnungen, um sie in die Stecklöcher des Deckels und des Rohrbodens einzubringen. Die Kammern dienen zur Führung und Umlenkung der Mittel-Strömungsrichtung in den benachbarten Wärmeübertragerrohren.

Probleme entstehen durch mehrere komplizierte Verlötungsvorgänge der Teile miteinander und dann, wenn infolge des höheren Drucks des strömenden Mittels in den Kammern Undichtheiten auftreten. Die Kammern sind nicht auf den erhöhten Druck dimensionsbezogen vorgegeben.

Eine Fluidkühlvorrichtung ist als Wärmeübertrager mit zwei Sammlern und dazwischen schichtartig angeordneten Wärmeübertragerrohren bekannt, in der jeweils ein Sammler aus einer Sammlerwand und einer Rohrsteckwand mit einer Vielzahl von Öffnungen besteht, in denen die Wärmeübertragerrohre eingesteckt sind. An der rohrschichtungsparallelen Verbindungsstelle zwischen Sammlerwand und Rohrsteckwand befindet sich eine Verbindungsleiste, von der aus sich fingerartige Vorsprünge außerhalb des Sammlers erstrecken, wobei die Finger zwischen den freien Abstandsbereichen der geschichteten Wärmeübertragerrohre eingreifen. Die Finger können sowohl mit der Außenseite der Rohrsteckwand als auch mit den Außenwandungen der Wärmeübertragerrohre verbunden sein und bilden gemeinsam mit der Verbindungsleiste einen äußeren, zum Wärmeübertragerkern gerichteten Verstärkungskamm für die Rohrsteckwand.

Ein Problem besteht darin, dass damit zwar die normale Stabilität zwischen der Rohrsteckwand und den eingesteckten Wärmeübertragerrohren verbessert, aber einem höheren Druck innerhalb des Sammlers kaum standgehalten werden kann. Die vom inneren Druck belastete empfindliche Steile ist der Übergangsbereich vom Deckel zur Verbindungsleiste. Es kann ein Betriebsdruck in der Kammer im Sammler mit einem Faktor von nur höchstens zwei des herkömmlichen Mittel-Betriebsdrucks erreicht werden.

Ein weiteres Problem von nach dem Stand der Technik hergestellten Wärmeübertragern besteht darin, dass die Einbindung von Wärmeübertragerrohren in die Rohrböden durch ein Einführen der Wärmeübertragerrohre in die Rohrböden quer zur Zylinderachse der Rohrböden bzw. der durch die Sammler ausgebildeten Zylinder erfolgt und die Wärmeübertragerrohre somit bedingt durch die Krümmung in radialer Umfangsrichtung tief in den Zylinder hineinragen. Dies führt zu strömungstechnischen Problemen und zu Festigkeitsproblemen des Wärmeübertragers insgesamt.

Ein Wärmetauscher ist in der Druckschrift DE 44 32 972 A1 beschrieben, der mit Rohren, die in zwei Reihen angeordnet sind und jeweils einen Körper und ein Ende umfassen, mit einer Sammlerplatte, durch die die Enden der Rohre hindurchgehen, mit einer Wasserkastenwand und mit einer Längstrennwand zur Begrenzung von zwei Kammern, die mit den zwei Rohrreihen in Verbindung stehen, versehen ist, wobei die Enden von zwei benachbarten Rohren versetzt sind, so dass zwischen ihnen ein Zwischenraum für den Durchgang der Längstrennwand vorgesehen ist, und wobei sie einen Achsabstand aufweisen, der sich vom Achsabstand der Körper der Rohre unterscheidet.

Ein Problem besteht darin, dass die Längstrennwand eine Zwischenwand ist, die in dem Sammler platziert ist, bevor der Deckel angebracht wird, und zur Ausbildung von Kammern im Sammler dient.

Ein anderer Wärmetauscher für eine Fahrzeug-Klimaanlage, der einen Rohr-Rippen-Block mit in zwei oder mehr Reihen angeordneten Flachrohren enthält, ist in der Druckschrift DE 43 05 060 A1 beschrieben. Für die Rohrenden der Flachrohre aller Reihen ist jeweils ein gemeinsamer Sammelkasten vorhanden, der aus zwei Blechschalen zusammengefügt ist und der in Längsrichtung mittels Trennwänden in Sammelkanäle unterteilt ist. Die als Boden dienende Blechschale und/oder die als Deckel dienende Blechschale sind mit in Längsrichtung verlaufenden, rillenartigen Vertiefungen versehen, zwischen denen innere Längstrennwände angeordnet sind. Die Längstrennwände können beidseitig mit zungenartigen Vorsprüngen versehen sein, die in Aussparungen beider Blechschalen eingesteckt sind.

Ein Problem besteht darin, dass die eingebrachte Längstrennwand eine Zwischenwand ist, die in dem Sammler im Rohrboden platziert und gehaltert ist, bevor der Deckel angebracht wird und dient zur Ausbildung von Kammern im Sammler. Eine Längstrennwand kann auch in Form einer sammlerinneren, doppelkammartigen Trennwand ausgebildet sein. Zusätzlich sind auch innere Querwände vorgesehen.

Ein Wärmeübertrager ist in der Druckschrift DE 198 30 863 A1 beschrieben, der mit Flachrohren versehen ist, die einen Querversatz-Umkehrbogenabschnitt aufweisen, sowie der einen ein oder mehrere Flachrohre enthaltenden Wärmeübertrager-Rohrblock darstellt. Ein Flachrohr ist derart umgebogen, dass seine beiden daran anschließenden, planen Rohrabschnitte in Längsrichtung mit entgegengesetzten Durchströmungsrichtungen und mit gegeneinander mindestens in Querrichtung versetzten Längsachsen verlaufen. Der Umkehrabschnitt des Flachrohres ist dergestalt gebildet, dass in diesem Bereich die Flachrohrquerachse einen Winkel von höchstens 45° mit einer zur Längs- und Querrichtung parallelen, zu einer Stapelrichtung senkrechten Ebene einschließt. Es werden Möglichkeiten angegeben, die Flachrohrprofile um einen Winkel von 180° umzubiegen und die Enden zum Sammler in allen möglichen Winkel zu drehen.

Ein Problem besteht darin, dass das gewundene Flachrohr mit dem Sammler zusammengebaut ist, wobei die Fließrichtung im Flachrohr nach der Windung entgegengesetzt ist. Die separaten Flachrohrteile gehen vor der Windung und nach der Windung in getrennte Kammern des Sammlers. Es sind nur zwei getrennte Flachrohre im Paket und an der Sammleranbindung, die nur über die 180°-Winkelwindung verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager für Fahrzeuge anzugeben, der derart geeignet ausgebildet ist, dass die Stabilität der Sammler in einfacher Weise verbessert werden kann, damit ein Zerbersten bei einem hohen Betriebsdruck oder bei hohen Druckspitzen des durchströmenden Mittels verhindert werden kann. Des Weiteren sollen die Abmessungen des Sammlers verringert und Material eingespart werden. Es soll auch die Verlötung der Baugruppen im Bereich der Sammler vereinfacht und effektiver ausgebildet werden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der selbstständigen Patentansprüche 1 und 24 gelöst.

Entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 weist der Wärmeübertrager für Fahrzeuge einen Wärmeübertragerkern mit einer Reihe von beabstandeten, endseits offenen Wärmeübertragenohren und mindestens einem endbereichsseits angeordneten, verschlossenen Sammler zum Verteilen eines die Wärmeübertragerrohre durchströmenden Mittels auf, wobei die Sammler jeweils einen Rohrboden und einen Deckel umfassen, die über Verbindungsabschnitte abgedichtet miteinander verbunden sind, und wobei die Wärmeübertragerrohre durch den Rohrboden hindurchgesteckt und mit ihm verbunden sind sowie zueinander Abstandsräume ausbilden, wobei der Deckel mit mindestens einer zugeordneten, kammartigen, mit Zähnen und Rücken versehenen Trennwand fest verbunden ist, deren wärmeübertragerkernwärts gerichtete Zähne in die sammlerinneren Abstandsräume zwischen den Wärmeübertragerrohren geführt sind und zumindest mit dem Rohrboden in fester Verbindung stehen.

Erfindungsgemäß sind im Deckel in vorgegebenen Abständen und in Reihe eingebrachte Stecklöcher in Form von Durchstecklöchern bzw. Durchgangsöffnungen vorhanden, durch die die Zähne der jeweiligen Trennwand von außerhalb des Deckels in Wärmeübertragerkernrichtung hindurchgesteckt sind.

Der Rohrboden kann im Querschnitt rechteckig, leicht konvex gebogen sein oder halbelliptisch, muldenförmig gebogen und mit der konvexen Seite den durchgesteckten Wärmeübertragerrohren zugewandt sein. Der mit dem Rohrboden korrespondierende Deckel kann im Querschnitt etwa einer abstrakten Zahl Drei angenähert sein oder annähernd halbelliptisch, muldenförmig ausgebildet und mit der kon kaven Seite den Wärmeübertragerrohren zugewandt sein. Der Sammler kann somit je nach Ausbildung des Rohrbodens im Querschnitt eine weitgehend halbelliptische oder elliptische Form aufweisen.

In den sich gegenüberliegenden jeweils seitlich befindlichen Verbindungsabschnitten können der Rohrboden und der Deckel eines Sammlers teils sich anstoßend und/oder teils sich überlappend zusammengeführt sein.

Bei Einsatz mehrerer kammartiger Trennwände in einem Sammler können die Trennwände parallel zur Sammlerlängsmittelebene angeordnet sein, was insbesondere bei mehrreihigen Wärmeübertragern zur Stabilität beiträgt.

Ein Sammler kann wahlweise im Deckel solche Stecklöcher, insbesondere Durchstecklöcher bzw. Durchgangsöffnungen aufweisen, durch die die Zähne mit ihren Endflächen bis an die Innenwandung des Rohrbodens zum Kontakt geführt sind. Eine solche Steck-Kontakt-Verbindung erhöht die Festigkeit des Sammlers.

In einer Erweiterung der Verbindung können von der Sammler-Innenwandung aus gerichtet sich im Rohrboden auch Stecklöcher, insbesondere Einstecklöcher oder Sacklöcher befinden, in die die Enden der Zähne der Trennwand eingesteckt sind.

Ein Sammler kann auch in einer anderen Version in seinem Rohrboden in vorgegebenen Abständen und in Reihe sowie parallel zur Wärmeübertragerrohrschichtung eingebrachte Stecklöcher, insbesondere Durchstecklöcher bzw. Durchgangsöffnungen aufweisen, in die die Zähne eingebracht sind, wobei die Enden der Zähne vorzugsweise über die kernwärts gerichtete Außenwandungsfläche des Rohrbodens hinausragen oder zur Außenwandungsfläche bündig bzw. fast bündig abschließen können. Die Stecklöcher des Deckels sind den Stecklöchern des Rohrbodens weitgehend konform zugeordnet. Durch die doppelte Steckverbindung – Steck-Steck-Verbindung – kommt eine besonders innige Bindung zwischen der Trennwand, dem Deckel und dem Rohrboden zustande.

Die die Außenwandung des Rohrbodens überragenden Endbereiche der Zähne können vorzugsweise durch Biegen, Krümmen oder Verdrehen den Durchstecklöchern zumindest angepasst sein, wobei der Rohrboden, die Trennwand und der Deckel vor dem endgültigen Verbindungsprozess – dem Verlötungsprozess – als eine stabile Einheit vorfixiert sind.

Die Rücken der kammartigen Trennwände können sich außerhalb der Sammler befinden und an den Außenwandflächen der Deckel derart anliegen, dass die Zähne sich in den wandungsbezogen anderseitigen Bereichen der Deckel befinden.

Die Querschnittsmaße der Stecklöcher in den Rohrböden und in den Deckeln stimmen in korrespondierender Weise mit den Abmessungen der Zähne überein, die jeweils teilebezogen wahlweise unterschiedliche Höhe, Breite und Länge aufweisen können. Vorzugsweise sind Stecklöcher und Zähne korrespondierend aufeinander abgestimmt.

Alle kammartigen Trennwände stehen nach der Montage mit den Endflächen der Zähne in formschlüssiger Verbindung entweder durch Kontakt an den Rohrböden oder durch Einbringen in die zugehörigen Stecklöcher der Rohrböden über das Lötmaterial fest in Verbindung.

Mit der einen oder auch mit mehreren Trennwänden kann der innere Verteilungsbereich der Sammler in zwei oder mehrere Bereiche unterteilt sein. Dadurch können die Druckfestigkeit erhöht und andererseits die Wandstärken und der Sammlerquerschnitt unter Berücksichtigung der Tiefe der Wärmeübertragerrohre auf ein Minimum festgelegt werden.

Die Lücken zwischen den Zähnen oder/und der Zahnquerschnitt, insbesondere die Zahnbreite können folglich entweder in einem Sammler gleich groß oder von Sammler zu Sammler unterschiedlich über die Länge der Trennwand ausgebildet sein.

Es können einem Deckel auch mehrere parallel zueinander gerichtete kammartige Trennwände zugeordnet sein, wobei der Deckel die zugehörigen zähneangepassten Stecklöcher-Reihen enthält. Je nach Sammlerversion haben die korrespondierenden Rohrböden angepasste, mit den Zähnen harmonisierende Stecklöcher-Reihen. Vorzugsweise kann das bei mehrreihigen Wärmeübertragern vorgesehen sein.

Die Reihen der Stecklöcher in den Rohrböden und in den Deckeln können vorzugsweise mittig und parallel in Schichtungsrichtung der Wärmeübertragerrohre positioniert sein.

Als die Wärmeübertragerrohre durchströmende Mittel können Kohlendioxid oder andere zweckmäßige Gase, Flüssigkeiten, 2-Phasen-Gemische, Kältemittel oberhalb oder unterhalb des kritischen Punktes oder Gasgemische einschließlich von Additiven unter höheren Drücken eingesetzt sein.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch einen Wärmeübertrager gelöst, bei dem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 24 die Wärmeübertragerrohre als Flachrohre mit Kanälen ausgebildet sind, wobei die Flachrohre in Längsrichtung zwischen zwei Kanälen einen Schnitt aufweisen und die entstehenden Flachrohrenden derart verdreht ausgeführt sind, dass die Flachrohrenden eines Flachrohres in Längsrichtung des Sammlers entlang jeweils einer zylindrischen Mantellinie des Rohrbodens durch einen Schlitz hindurchgesteckt und mit dem Rohrboden verbunden sind.

Das Wärmeübertragerflachrohr ist am Ende vorzugsweise hälftig in Längsrichtung zwischen zwei inneren Kanälen geschlitzt und die distalen Enden des Wärmeübertragerrohres sind in Richtung der Zylinderlängsachse des Sammlers in die Rohrböden eingeführt.

Es können auch mehrere Schnitte am Wärmeübertragerflachrohr ausgeführt sein.

Die zugehörigen Schlitze im Rohrboden für die Flachrohrenden eines Flachrohres können parallel zueinander beabstandet sein.

Durch eine Verdrehung der Enden des Flachrohres um 90° wird eine geringere Erstreckung der Flachrohrenden in den Sammler erreicht. Damit können kleinere Volumina im Sammler realisiert werden und der Druckabfall des strömenden Wärmeübertragerfluids oder Kältemittels ist geringer. Verbunden mit der Verringerung des inneren Volumens des Sammlers lassen sich geringere Wandstärken realisieren. Weiterhin ist die Fluidverteilung im Sammler, welcher auch als Verteiler funktioniert, durch die geringeren Störquellen verbessert. Letztlich lassen sich somit insgesamt geringere Wärmeübertragerfluide bzw. Kältemittelmengen einsetzen.

Die Erfindung wird mittels mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager im Querschnitt längs der Linie II-II in 2, wobei die beidseitigen Sammler wahlweise in zwei verschiedenen Versionen der kammartigen Trennwand dargestellt sind,
2 eine schematische Längsschnitt-Darstellung des Wärmeübertragers längs der Linie I-I gemäß 1,
3 eine seitliche Ansicht des Deckels mit Stecklöchern gemäß 2 ohne kammartige Trennwand,
4 eine seitliche Ansicht eines geöffneten Sammlers ohne einen Deckel, aber mit einem Rohrboden und darin eingesteckten Heizrohren nach 2,
5 eine Tiefen-Vergleichs-Darstellung zwischen einem Sammler nach dem Stand der Technik gemäß 5a und zwei erfindungsgemäßen Sammlern gemäß 5b und 5c in Verbindung mit 1,
6 eine schematische Darstellung der Draufsicht auf die Sammler wahlweise in drei weiteren Versionen von Rohrboden und Deckel – 6a, 6b, 6c – bei etwa gleicher Ausbildung der kammartigen Trennwand analog zu 1,
7 einen draufsichtigen Querschnitt eines jeweiligen Ausschnitts auf einen mehrreihigen, insbesondere einen vierreihigen Wärmeübertrager mit einem Reihen-Sammler einschließlich einer Trennwand pro Einzelsammler – 7a – und zweireihigen Wärmeübertrager mit einem anderen Reihen-Sammler einschließlich zwei Parallel-Trennwänden pro Einzelsammler – 7b –,
8 ein Wärmeübertragerflachrohr mit Schlitz.
9 ein hälftig geschlitztes Wärmeübertragerflachrohr mit verdrehten Flachrohrenden und
10 einen Rohrboden mit parallelen Schlitzen.
Im Folgenden werden die 1 und 2 gemeinsam erläutert.
Der Wärmeübertrager 1 für Fahrzeuge weist einen Wärmeübertragerkern 2 mit einer Reihe von beabstandeten, endseits offenen Wärmeübertragerrohren 3, 4, 5, 6 und zwei rohrendbereichsseits angeordneten, verschlossenen Sammlern 7, 8 zum Verteilen eines die Wärmeübertragerrohre 3, 4, 5, 6 durchströmenden Mittels auf, wobei die Sammler 7, 8 jeweils einen Rohrboden 9, 10 und einen Deckel 11, 12 umfassen, die abgedichtet miteinander verbunden sind, und wobei die Wärmeübertragerrohre 3, 4, 5, 6 durch den Rohrboden 9, 10 hindurchgesteckt und mit ihm verbunden sind sowie zueinander Abstandsräume 13 ausbilden, wobei die Deckel 11, 12 jeweils mit mindestens einer zugeordneten, kammartigen, mit Zähnen 16 bis 20 und 21 bis 25 und Rücken 29, 30 versehenen Trennwand 14, 15 fest verbunden sind, deren wärmeübertragerkernwärts gerichtete Zähne 16 bis 20 und 21 bis 25 in die sammlerinneren Abstandsräume 13 zwischen den Wärmeübertragerrohren 3, 4, 5, 6 geführt sind und zumindest mit dem Rohrboden 9, 10 in fester Verbindung stehen.
Erfindungsgemäß sind im Deckel 11, 12 in gleichen Abständen und in Reihe eingebrachte Stecklöcher 26, 28 in Form von Durchstecklöchern bzw. Durchgangsöffnungen vorhanden, durch die die Zähne 16 bis 20, 21 bis 25 der jeweiligen kammartigen Trennwand 14, 15 von außerhalb des Deckels 11, 12 in den Deckel 11, 12 hindurchgesteckt sind.
Der Rohrboden 9, 10 kann vorzugsweise im Querschnitt halbelliptisch, muldenförmig gebogen und mit der konvexen Seite den durchgesteckten Heizrohren 3, 4, 5, 6 zugewandt sein. Der mit dem Rohrboden 9, 10 korrespondierende Deckel 11, 12 kann vor der Montage, d.h. vor dem Einbringen der Trennwand ebenfalls im Querschnitt annähernd halbelliptisch, muldenförmig ausgebildet und mit seiner konkaven Seite den Wärmeübertragerrohrenden zugewandt sein. In den Verbindungsabschnitten 47, 48, wie in 1 gezeigt ist, sind die beiden Teile 9 und 11 bzw. 10 und 12 teils sich anstoßend und/oder teils sich überlappend zusammengeführt ver bunden, die einen abgedichteten, im Querschnitt weitgehend elliptischen Sammler 7 bzw. 8 bilden.
Während des Durchsteckens der kammartigen Trennwand 14, 15 durch den Deckel 11, 12 hindurch kann die ursprüngliche Krümmung im mittleren Bereich des Deckels 11, 12 verändert werden, was aber letztlich die Festigkeit der Sammler 7, 8 zusätzlich verbessern und die Verbindungsabschnitte 47, 48 entlasten kann.
Die Trennwände 14, 15 in den 1, 2 sind derart aufgebaut, dass die Zähne 16 bis 20, 21 bis 25 von der Außenseite des Deckels 11, 12 aus durch die Durchstecklöcher 26 bzw. 28 in den Deckel 11 bzw. 12 passen. In 3 sind in einer seitlichen Ansicht des Deckels 11 die in gleichen Abständen und in einer Reihe eingebrachten, vorzugsweise rechteckigen Durchstecklöcher 26 gezeigt. Es sind auch andere Querschnittflächen einbringbar.
Zwischen den Wärmeübertragerrohren 3, 4, 5, 6, die vorwiegend als Flachrohre ausgebildet sein können, können sich Leitbleche 44, 45, 46 befinden, die die Oberfläche des Wärmeübertragerkerns 2 vergrößern.
Die Wärmeübertragerrohre 3, 4, 5, 6 selbst können auch als plattenförmige Mehrfachrohr-Pakete ausgebildet sein.
Der erste Sammler 7 weist in einer Version in seinem Rohrboden 9 ebenfalls Stecklöcher 27 in Form von Durchstecklöchern bzw. Durchgangsöffnungen auf, in die die Zähne 21 bis 25 hineingeschoben sind, bis die Enden der Zähne nahezu bündig oder bündig mit der kernwärts gerichteten Außenwandungsfläche abschließen oder über die Außenwandungsfläche des ersten Rohrbodens 9 hinausragen. Damit kommt eine innige Bindung zwischen der ersten Trennwand 15, dem ersten Deckel 11 und dem ersten Rohrboden 9 zustande. Die die Außenwandung überragenden Endbereiche der Zähne 21 bis 25 können vorzugsweise durch Biegen, Krümmen oder Verdrehen den zweiten Durchstecklöchern 27 zumindest angepasst werden und somit der erste Rohrboden 9 und der erste Deckel 11 vor dem Verlötungsprozess als eine stabile Einheit fixieren.
Der erste Sammler 7 kann aber auch in einer Version in seinem Rohrboden 9 anstelle der Durchstecklöcher bzw. Durchgangsöffnungen von der Sammlerinnenseite aus gerichtete Einstecklöcher bzw. Sacklöcher haben, in die die Zähne 21 bis 25 hineingeschoben sind, bis die Enden der Zähne 21 bis 25 nahezu bündig oder bündig mit dem Sackboden abschließen. Damit kommt auch eine innige Bindung zwischen der ersten Trennwand 15, dem ersten Deckel 11 und dem ersten Rohrboden 9 zustande.
In 4 ist in einer seitlichen Ansicht ein geöffneter Sammler 7 ohne den ersten Deckel 11, aber mit dem ersten Rohrboden 9 und den durchgesteckten Wärmeübertragerrohren 3, 4, 5, 6 sowie den den Zähnen 21 bis 25 zugeordneten zweiten, vorzugsweise rechteckigen Durchstecklöchern 27 in den Abstandsbereichen 13 zwischen den Wärmeübertragerrohren 3 bis 6 gezeigt.
Der zweite Sammler 8 weist in einem zugehörigen zweiten Deckel 12 ebenfalls Stecklöcher 28, insbesondere dritte Durchstecklöcher bzw. Durchgangsöffnungen auf, durch die die Zähne 16 bis 20 der zweiten Trennwand 14 hindurchgeschoben sind.
Die Rücken 29, 30 befinden sich bei den beiden Trennwänden 14, 15 außerhalb der Sammler 7, 8 und liegen an den Außenwandflächen 31, 32 der Deckel 11, 12 an. Die Zähne 16 bis 20 bzw. 21 bis 25 befinden sich dann in den konkaven Bereichen der Deckel 11, 12 und sind im verlöteten Zustand mit den Deckeln 11, 12 arretiert.
Die verteilungsrohrartigen Sammler 7, 8 können an ihren jeweiligen Stirnseiten durch Deckelverschlüsse 49, 50 und 51, 52 verschlossen sein. Der Wärmeübertrager 1 kann z.B. im Bereich der Deckelverschlüsse 49, 51 im ersten Sammler 7 ei nen Eingang 53 und im zweiten Sammler 8 einen Ausgang 54 zur Durchströmung des Mittels besitzen. Die Deckelverschlüsse 49 bis 51 können aber auch als angepasste gebogene Übergangsbereiche zwischen den Deckeln 11, 12 und den Rohrböden 9, 10 ausgebildet sein.
Die Reihen der Stecklöcher 26, 27, 28 in den Rohrböden 9, 10 und in den Deckeln 11, 12 sind vorzugsweise mittig und parallel in Schichtungsrichtung der Wärmeübertragerrohre 3, 4, 5, 6 positioniert.
Mittels der erfindungsgemäßen kammartigen Trennwände 14, 15 wird sowohl die Stabilität der Sammler 7, 8 als auch die Widerstandsfähigkeit, insbesondere der Zusammenhalt gegenüber einem sicherheitshalber vorgegebenen Berstdruck des durchströmenden Mittels auf die Teile im Vergleich zu den bekannten Sammlerverstärkungsmaßnahmen verbessert. Gleichzeitig können die Wandstärken der zugehörigen Sammlerteile – der Rohrböden 9, 10 und der Deckel 11, 12 – gegenüber dem Rohrboden 41 und dem Deckel 42 des bekannten Sammlers 43 in 5a verringert und damit die erfindungsgemäßen Sammler mit kleineren Abmessungen, insbesondere mit geringerer Tiefe T_bc im Vergleich zur Tiefe T_a versehen werden.
In 5 ist eine Tiefen-Vergleichs-Darstellung zwischen dem Sammler 43 nach dem Stand der Technik gemäß 5a und den zwei erfindungsgemäßen Sammlern 7, 8 gemäß der 5b, 5c in Verbindung mit 1 gezeigt. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau der Sammler 7, 8 kann die Gesamttiefe von Rohrboden/Deckel und der Korrespondenz zum benötigten Raum für den Wärmeübertrager 1, der in das Fahrzeug eingebracht wird, von der ursprünglichen Tiefe T_a = 23,4mm auf die neue Tiefe T_bc = 18,4mm, das sind mehr als 20% Tiefen-Verringerung, vermindert werden.
Im Folgenden wird insbesondere die Herstellungsweise der erfindungsgemäßen Sammler in den ersten beiden Versionen 7, 8 näher erläutert, um das halternde Kammprinzip darzustellen:
Es wird eine separate kammartige Trennwand 14, 15 von der konvexen Außenseite gerichtet mit ihren Zähnen 16 bis 20 bzw. 21 bis 25 durch die Durchstecklöcher 26 bzw. 28 des Deckels 11, 12 hindurchgesteckt. Der Deckel 11, 12 wird auf den Rohrboden 9, 10 im Bereich der Verbindungsabschnitte 47, 48 gesteckt, um beide Teile 9, 11 und 10, 12 zu einem Sammler 7, 8, der als Verteilerrohr für das durchströmende Mittel dient, zu verbinden. Gleichzeitig werden die Zähne 16 bis 20 im Fall des ersten Sammlers 7 durch die Durchstecklöcher 27 des Rohrbodens 9 oder im Fall des zweiten Sammlers 8 die Endbereiche der Zähne 21 bis 25 bis zum Kontaktanschlag an die Innenwandung des Rohrbodens 10 geführt. Nach der Verlötung kann sichergestellt sein, dass eine zuverlässige Lötverbindung zwischen der Trennwand, dem rückseitigen Teil – dem Deckel – und dem vorderen Teil – dem Rohrboden – des jeweiligen Sammlers 7, 8 erreicht ist.
Beim Verlöten kann das Lötmaterial leicht in die Spalten/Lücken zwischen den Stecklöchern und den Zähnen fließen. Durch die Wandstärkenverringerungen können die vorgegebenen Lötparameter, insbesondere die erforderliche gleichmäßige Temperatur-Verteilung im Material aller Sammler-Bauteile in wesentlich kürzerer Zeit erreicht werden.
Die kammartigen Trennwände 14, 15 stehen dabei mit den Endflächen der Zähne 16 bis 20 und 21 bis 26 in formschlüssiger Verbindung durch Kontakt mit dem Rohrboden 10 oder durch Einpassen in die zugehörigen Stecklöcher 27 der Rohrböden 9 über das Lötmaterial fest in Verbindung.
Mit dem einen oder auch mit mehreren Trennwänden wird der innere Bereich der Sammler 7, 8 in zwei oder mehrere kleinere Bereiche unterteilt.
Durch die arretierten Trennwände 14, 15 werden auch die parallel zum Wärmeübertragerkern gerichteten Zugspannungen im Bereich der Verbindungsabschnitte 47, 48 zwischen den Rohrböden 9, 10 und den Deckeln 11, 12 verringert.
Für einen Mehrfachdurchgangsrohr-Wärmeübertrager gibt es wegen der dünneren Wandstärke der Wärmeübertragerrohre zusätzliche Vorteile, wobei unter anderem auch die Abstandsräume innerhalb der den Rohrreihen verringert werden können. Das ergibt eine bessere Leitblech-Wirksamkeit zwischen den Rohrreihen, weil die thermischen Übertragungswege verkürzt und zusätzlich die Tiefe des aktiven Wärmeübertragerkerns verringert werden können.
Die Erfindung ermöglicht es auch, die Verteilung des strömenden Mittels innerhalb des Wärmeübertragers zu beeinflussen, falls die Lücken zwischen den Zähnen oder/und die Zahnbreite unterschiedlich über die Länge der Trennwand ausgebildet sind. Das wird eine bessere Temperatur-Verteilung des strömenden Mittels an der Außenseite der Wärmeübertragerrohre z.B. für die durch den Wärmeübertragerkern hindurchströmende wärmeaufnehmende Luft herbeiführen.
Die Wärmeübertragerrohre des Wärmeübertragerkerns werden durch die anderen, den Wärmeübertragerrohren zugeordneten Durchstecklöcher des Rohrbodens hindurchgesteckt und können rohrendseitig zwischen den Lücken der Zähne enden.
Das durch die Wärmeübertragerrohre strömende Mittel, z.B. ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch (2-Phasen-Gemisch) oder ein Gas oder ein Kältemittel im Bereich über dem kritischen Punkt wird zu den trennwandunterteilten Bereichen des Querschnitts gelenkt.
Für einen Mehrfachdurchgangsrohr-Wärmeübertrager kann dieser trennwandbezogene Aufbau auch verwendet werden.
Es ist auch möglich, die Verteilung des strömenden Mittels innerhalb des Wärmeübertragers 1 zu beeinflussen, falls die Lücken zwischen den Zähnen 16 bis 20 und 21 bis 26 über die Länge unterschiedlich ausgebildet sind. Das wird eine verbesserte Wärmeübertragung ergeben.
In 6 ist vorzugsweise zur besonderen Ausbildung der Verbindungsabschnitte zwischen einem Rohrboden und einem Deckel eine schematische Darstellung der Draufsicht im Querschnitt auf drei weitere Sammler 57, 58, 59 wahlweise in drei Versionen – 6a, 6b, 6c – bei etwa gleicher Ausbildung einer dritten Trennwand 60 analog zu 1 gezeigt. In den 6a bis 6c ist gezeigt, dass bedingt durch die Trennwandhalterung die Verbindungsabschnitte 61, 62 zwischen einem verschiedenartig ausgebildeten Rohrboden 63 und einem 3förmigen Deckel 64 entweder sich anstoßend – 6a – und/oder sich außen überlappend – 6b – oder sich innen überlappend – 6c – ausgebildet sein können. Des Weiteren unterstützt eine vorsprungartige, im Querschnitt nasenförmige Verstärkung 65 im Mittelteil der Deckel-Innenwandung die im Querschnitt 3förmige Ausbildung und somit die Verbesserung der Stabilität der Sammler 57, 58, 59. Außerdem kann der Rohrboden 63 auch im Querschnitt rechteckig oder leicht konvex gebogen den Wärmeübertragerrohren 3 zugewandt ausgebildet sein.
Dass die Querschnittsformen des Rohrbodens 9, 10, 63 und des Deckels 11, 12, 64 korrespondieren können, zeigen die 1 sowie 6a bis 6c. Ebenso kann der Rohrboden 63 konvex zur den Wärmeübertragerrohren 3 gekrümmt sein und der Deckel 64 eine im Querschnitt rechteckige oder leicht konkave Form aufweisen.
In 7 ist in einem draufsichtigen Querschnitt ein jeweiliger Ausschnitt auf mehrreihige, insbesondere auf einen vierreihigen Wärmeübertrager 66 – in 7a – und auf einen zweireihigen Wärmeübertrager 67 – in 7b – mit Reihen-Sammlern 68, 69 mit jeweils einer Trennwand 70 oder mit jeweils zwei Parallel-Trennwänden 71, 72 dargestellt. Die Reihen-Sammler 68, 69 können beidseitig auf den sich gegenüberliegenden Seiten der zugehörigen Wärmeübertragerrohre 73, 74 ausgebil det sein. Bei Verzicht auf den gegenüberliegenden Reihen-Sammler können die Wärmeübertragerrohre 73 bzw. 74 auf der sammlerfreien Seite zusammengeführt gebogen sein.
In 7a enthält der Reihen-Deckel 75 jeweils eine Trennwand 70 in einem Einzelsammler des ersten Reihen-Sammlers 68. Die Trennwand 70 ist in einem im Querschnitt rechteckigen Rohrboden 76 gehaltert.
Anstelle einer Trennwand 70 können die Parallel-Trennwände 71, 72 dem Reihen-Deckel 75 einzelsammlerbezogen im zweiten Reihen-Sammler 69, wie in 7b gezeigt ist, zugeordnet sein. Der Reihen-Deckel 75 und der gegenüberliegende, im Querschnitt rechteckige, außen überlappte Rohrboden 76 enthalten dann auch die zugehörigen Stecklöcher-Reihen.
Seitens des Rohrbodens und des Deckels sind somit verschiedene Querschnittsformen möglich. Erfindungswesentlich ist der verbesserte Zusammenhalt der Sammler durch die formangepassten Trennwände.
Die Erfindung gewährleistet durch die wesentliche Verbesserung der Sammlerfestigkeit die Möglichkeit, dass auch zukünftig entwickelbare, wärmeaufnehmende und/oder wärmeabgebende Mittel hohen Durchströmungsdruckes für die erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1, 57, 58, 59, 66, 67 vorgesehen werden können.
Auch kann der vorgegebene Berstdruck höher veranschlagt werden, wodurch das wärmetragende strömende Mittel, insbesondere Kohlendioxid oder andere zweckmäßige Gase oder Gasgemische einschließlich von Additiven unter höheren Drücken anstelle herkömmlicher flüssiger Mittel eingesetzt werden können.
In 8 bis 10 wird eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung im Detail dargestellt.
Der Wärmeübertrager für Fahrzeuge weist erfindungsgemäß gleichfalls einen Wärmeübertragerkern mit einer Reihe von beabstandeten, endseits offenen Wärmeübertragerrohren und mindestens einem endbereichsseits angeordneten, verschlossenen Sammler zum Verteilen eines die Wärmeübertragerrohre durchströmenden Mittels auf, wobei die Sammler vorzugsweise jeweils einen Rohrboden 9 und einen Deckel umfassen, die über Verbindungsabschnitte abgedichtet miteinander verbunden sind, und wobei die Wärmeübertragerrohre durch den Rohrboden 9 hindurchgesteckt und mit ihm verbunden sind sowie zueinander Abstandsräume ausbilden.
Als Sammler können jedoch, dem Erfindungsgedanken in gleicher Weise folgend, auch Rohre oder aus ein- bzw. beidseitig lotplattiertem Flachmaterial geschweißte oder geformte Rohre dienen.
Erfindungsgemäß sind die Wärmeübertragerrohre 3 als Flachrohre mit Kanälen 80 ausgebildet, wobei die Flachrohre in Längsrichtung zwischen zwei Kanälen 80 einen Schnitt 77 aufweisen und die entstehenden Flachrohrenden 78 derart verdreht ausgeführt sind, dass die Flachrohrenden 78 eines Wärmeübertragerflachrohres in Längsrichtung 79 des Sammlers entlang jeweils einer zylindrischen Mantellinie des Rohrbodens 9 durch einen Schlitz 81 hindurchgesteckt und mit dem Rohrboden 9 verbunden sind.
Besonders bevorzugt werden die Wärmeübertragerrohre 3, die an den Enden hälftig durch einen Schnitt 77 geteilt sind, wobei auch nicht hälftige Teilungen der Wärmeübertragerrohre 3 möglich sind. Die dabei entstehenden Flachrohrenden 78 sind bevorzugt um 90° gedreht. Die Schlitze 81 in dem Rohrboden 9 für die Flachrohrenden 78 eines Flachrohres sind parallel zueinander beabstandet und in Abstimmung mit den jeweiligen Lagen der Flachrohre des Wärmeübertragerkerns positioniert.
Vorzugsweise sind mehrere Schnitte 77 am Wärmeübertragerflachrohrende ausgeführt, wodurch mehrere Flachrohrenden 78 entstehen und die einzelnen lagen bzw. Dimensionen der Schlitzlängen im Rohrboden 9 geringer werden.
Die Erfindung eröffnet des Weiteren die Möglichkeit, die Wandstärken des Rohrbodens und des Deckels gegenüber den bekannten Wärmeübertragern wesentlich zu verringern. Demzufolge können auch die Abmessungen und das Gewicht der Sammler beträchtlich verringert werden. Somit werden insgesamt Material- und Verarbeitungskosten eingespart.

1: Wärmeübertrager
2: Wärmeübertragerkern
3: erstes Wärmeübertragerrohr
4: zweites Wärmeübertragerrohr
5: drittes Wärmeübertragerrohr
6: viertes Wärmeübertragerrohr
7: erster Sammler
8: zweiter Sammler
9: erster Rohrboden
10: zweiter Rohrboden
11: erster Deckel
12: zweiter Deckel
13: Abstandsraum/-räume
14: erste Trennwand
15: zweite Trennwand
16: erster Zahn
17: zweiter Zahn
18: dritter Zahn
19: vierter Zahn
20: fünfter Zahn
21: sechster Zahn
22: siebenter Zahn
23: achter Zahn
24: neunter Zahn
25: zehnter Zahn
26: erste Durchstecklöcher
27: zweite Durchstecklöcher
28: dritte Durchstecklöcher
29: erster Rücken
30: zweiter Rücken
31: erste Außenwandfläche
32: zweite Außenwandfläche
41: bekannter Rohrboden
42: bekannter Deckel
43: bekannter Sammler
44: erstes Leitblech
45: zweites Leitblech
46: drittes Leitblech
47: erster Verbindungsabschnitt
48: zweiter Verbindungsabschnitt
49: erster Deckelverschluss
50: zweiter Deckelverschluss
51: dritter Deckelverschluss
52: vierter Deckelverschluss
53: Eingang
54: Ausgang
55: kurze Zähne
56: lange Zähne
57: vierter Sammler
58: fünfter Sammler
59: sechster Sammler
60: dritte Trennwand
61: dritter Verbindungsabschnitt
62: vierter Verbindungsabschnitt
63: vierter Rohrboden
64: vierter Deckel
65: Verstärkung
66: vierrohrreihiger Wärmeübertrager
67: zweirohrreihiger Wärmeübertrager
68: erster Reihen-Sammler
69: zweiter Reihen-Sammler
70: vierte Trennwand
71: erste Parallel-Trennwand
72: zweite Parallel-Trennwand
73: fünfte Wärmeübertragerrohre
74: sechste Wärmeübertragerrohre
75: Reihen-Deckel
76: Reihen-Rohrboden
77: Schnitt
78: Flachrohrende
79: Längsrichtung Sammlerteil
80: Kanal
81: Schlitz für Flachrohrende im Sammlerteil
T: Tiefe
T_a: Tiefe bekannter Sammler
T_bc: Tiefe erfindungsgemäßer Sammler

Claims

Wärmeübertrager für Fahrzeuge, aufweisend einen Wärmeübertragerkern mit einer Reihe von beabstandeten, endseits offenen Wärmeübertragerrohren und mindestens einem endbereichsseits angeordneten, verschlossenen Sammler zum Verteilen eines die Wärmeübertragerrohre durchströmenden Mittels, wobei die Sammler jeweils einen Rohrboden und einen Deckel umfassen, die über Verbindungsabschnitte abgedichtet miteinander verbunden sind, und wobei die Wärmeübertragerrohre durch den Rohrboden hindurchgesteckt und mit ihm verbunden sind sowie zueinander Abstandsräume ausbilden, wobei der Deckel mit mindestens einer zugeordneten, kammartigen, mit Zähnen und Rücken versehenen Trennwand fest verbunden ist, deren wärmeübertragerkernwärts gerichtete Zähne in die sammlerinneren Abstandsräume zwischen den Wärmeübertragerrohren geführt sind und zumindest mit dem Rohrboden in fester Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass im Deckel (11, 12) in vorgegebenen Abständen und in Reihe eingebrachte Stecklöcher (26, 28) in Form von Durchstecklöchern bzw. Durchgangsöffnungen vorhanden sind, durch die die Zähne (16, 17, 18, 19, 20; 21, 22, 23, 24, 25) der jeweiligen Trennwand (14; 15) von außerhalb des Deckels (11, 12) in Wärmeübertragerkernrichtung hindurchgesteckt sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Sammler (8) wahlweise die Zähne (16 bis 20) mit ihren Endflächen bis an die Innenwandung des Rohrbodens (10) kontaktierend geführt sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sammler (7) in seinem Rohrboden (9) Stecklöcher (27) in Form von Durchgangsöffnungen aufweist, in die die Zähne (21 bis 25) eingebracht sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der eingebrachten Zähne (21 bis 25) nahezu bündig oder bündig zur kernwärts gerichteten Außenwandfläche des Rohrbodens (9) sind oder über die Außenwandungsfläche des Rohrbodens (9) hinausragen, wodurch eine innige Bindung zwischen der Trennwand (15), dem Deckel (11) und dem Rohrboden (9) zustande kommt.
Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Außenwandung des Rohrbodens (9) überragenden Endbereiche der Zähne (21 bis 25) vorzugsweise durch Biegen, Krümmen oder Verdrehen den Durchgangsöffnungen (27) angepasst sind, wobei der Rohrboden (9), die Trennwand (15) und der Deckel (11) vor dem Verlötungsprozess als eine stabile Einheit vorfixiert sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler in seinem Rohrboden (9) Stecklöcher (27) in Form von Einstecklöchern oder Sacklöchern von der Sammlerinnenseite aus gerichtet aufweist, in denen die eingebrachten Zähne der Trennwand (14, 15) enden.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rücken (29, 30) der Trennwände (14, 15) außerhalb der Sammler (7, 8) befinden und an den Außenwandflächen (31, 32) der Deckel (11, 12) anliegen.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecklöcher (26, 27, 28) in den Rohrböden (9, 10) und in den Deckeln (11, 12) den Zähnen (16 bis 20, 21 bis 25) angepasst sind, die jeweils teilebezogen wahlweise unterschiedliche Höhe, Breite und Länge aufweisen.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (14, 15) mit den Endbereichen der zugehörigen Zähne (16 bis 20, 21 bis 26) in formschlüssiger Verbindung entweder durch Kontakt an den Rohrböden (10) oder durch Einbringen in die zugehörigen Stecklöcher (27) der Rohrböden (9) über das Lötmaterial fest in Verbindung stehen.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (9, 10) vorzugsweise im Querschnitt halbelliptisch, muldenförmig gebogen und mit der konvexen Seite den durchgesteckten Wärmeübertragerrohren (3, 4, 5, 6) zugewandt ist und der mit dem Rohrboden (9, 10) korrespondierende Deckel (11, 12) im Querschnitt annähernd halbelliptisch, muldenförmig ausgebildet und mit der konkaven Seite den durchgesteckten Wärmeübertragerrohren (3, 4, 5, 6) zugewandt ist, wodurch der Sammler (7, 8) im Querschnitt eine weitgehend elliptische Form aufweist.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (63, 76) oder der Deckel (64, 75) im Querschnitt vorzugsweise rechteckig oder leicht gebogen ist, wobei das jeweils korrespondierende Teil (64, 75) bzw. (63, 75) weitgehend muldenförmig gebogen und mit der konkaven Seite dem Sammlerinneren zugewandt ist.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (9, 10, 63, 76) und der Deckel (11, 12, 64, 75) eines Sammlers (7, 8, 57, 58, 59, 66, 67) in den sich gegenüberliegenden Verbindungsabschnitten (47, 48, 61, 62) sich anstoßend und/oder sich innen oder außen überlappend zusammengeführt verbunden sind.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere parallel zueinander gerichtete Trennwände (29, 30, 71, 72) einem Deckel (11, 12, 75) zugeordnet sind, wobei der Deckel (11, 12, 75) und gegebenenfalls der Rohrboden (9, 10, 76) zugehörige Stecklöcher-Reihen enthalten.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen der Stecklöcher (26, 27, 28) in den Rohrböden (9, 10) und in den Deckeln (11, 12) mittig und parallel in Schichtungsrichtung der Wärmeübertragerrohre (3, 4, 5, 6) positioniert sind.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (10, 11, 64, 75, 76) im Wesentlichen 3förmig je nach Sammlerform ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem verschiedenartig ausgebildeten Rohrboden (63) und einem 3förmig ausgebildeten Deckel (64) eine vorsprungartige, im Querschnitt nasenförmige Verstärkung (65) im Bereich des Mittelteils der Deckel-Innenwandung vorhanden ist.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als mehrrohrreihiger, insbesondere vierrohrreihiger Wärmeübertrager (66) oder zweirohrreihiger Wärmeübertrager (67) ausgebildet ist, der mit Reihen-Sammlern (68, 69) versehen ist, die jeweils mindestens eine Trennwand (70) oder jeweils mindestens zwei Parallel-Trennwände (71, 72) aufweisen.
Wärmeübertrager nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen-Sammler (68, 69) beidseitig auf den sich gegenüberliegenden Seiten der zugehörigen Wärmeübertragerrohre (73, 74) ausgebildet sind.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerrohre (3, 4, 5, 6) insbesondere als plattenförmige Mehrfachrohr-Pakete ausgebildet sind.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerrohre (3, 4, 5, 6) durch die den Wärmeübertragerrohren (3, 4, 5, 6) zugeordneten Durchstecklöchern des Rohrbodens (9, 10) hindurchgesteckt sind und rohrendseitig zwischen den Lücken der Zähne (16 bis 20, 21 bis 25) enden.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammler (7, 8) einen Eingang (53) und/oder einen Ausgang (54) für das strömende Mittel aufweisen, wobei vorzugsweise in einem Sammler (7) ein Eingang (53) und im anderen Sammler (8) ein Ausgang (54) für die Durchströmung des Mittels vorhanden sind.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager mehrfach durchströmbar bzw. mehrflutig ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als durchströmendes Mittel Kohlendioxid oder Flüssigkeiten, 2-Phasen-Gemische, Kältemittel oberhalb des kritischen Punktes oder andere zweckmäßige Gase oder Gasgemische einschließlich von Additiven unter höheren Drücken eingesetzt ist.
Wärmeübertrager für Fahrzeuge, aufweisend einen Wärmeübertragerkern mit einer Reihe von beabstandeten, endseits offenen Wärmeübertragerrohren und mindestens einem endbereichsseits angeordneten, verschlossenen Sammler zum Verteilen eines die Wärmeübertragerrohre durchströmenden Mittels, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerrohre (3) als Flachrohre mit Kanälen (80) ausgebildet sind, wobei die Flachrohre in Längsrichtung zwischen zwei Kanälen (80) einen Schnitt (77) aufweisen und die entstehenden Flachrohrenden (78) derart verdreht ausgeführt sind, dass die Flachrohrenden (78) eines Flachrohres in Längsrichtung (79) des Sammlers entlang jeweils einer zylindrischen Mantellinie des Rohrbodens (9) durch einen Schlitz (81) hindurchgesteckt und mit dem Rohrboden (9) verbunden sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerrohre (3) an den Enden durch den Schnitt (77) geteilt werden.
Wärmeübertrager nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (81) im Rohrboden (9) für die Flachrohrenden (78) eines Flachrohres parallel zueinander beabstandet sind.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schnitte (77) am Wärmeübertragerflachrohr ausgeführt sind.