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Die
Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere
einen Flachrohr-Verdampfer
für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage,
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 198 26 881
A1 ist ein Wärmeübertrager,
insbesondere ein Verdampfer, bekannt, bei dem ein Sammelkasten aus
Blech vorgesehen ist, der aus einer vorbereiteten Platine geformt
ist.
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Die
Platine besteht aus einer Aluminium-Legierung, aus welcher auch
die Flachrohre, die Wellrippen und die Seitenteile sowie die übrigen Elemente
des Wärmeübertragers
bestehen. Sie wird zunächst
aus einer Platte ausgestanzt, die dann so geformt wird, dass ein
ebener Boden (im Wesentlichen ebener Sammelkasten-Teil) gebildet
wird, an dessen Längskanten
abgebogene Teile (tunnelförmige
Sammelkasten-Teile) anschließen.
Die abgebogenen Teile sind in einem Radius zu einer Zylinderfläche gebogen,
von der die Längsränder derart
abgekantet sind, dass sie parallel zueinander aneinander anliegen und
im Wesentlichen senkrecht zu dem Boden verlaufen. Die Längsränder sind
mit mehreren, über
ihre Länge
verteilt angeordneten Laschen versehen, die durch Aussparungen des
Bodens hindurchgesteckt sind und auf der den Flachrohren zugewandten
Außenseite
verstemmt sind. Auf diese Weise wird ein Sammelkasten mit den beiden
Kammern gebildet, der eine relativ hohe Festigkeit aufweist, bevor
ein Verlöten
erfolgt. Die Platine ist lotplattiert oder mit einer Lotbeschichtung
versehen.
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In
dem Boden sind jeweils Durchzüge
vorgesehen, in denen die Flachrohre aufgenommen werden. Jeweils
im Bereich der Längskanten
des Bodens, von welchem die Teile abgebogen sind, sind die Durchzüge bis dicht
an die aneinander anliegenden Längsränder herangezogen.
Dadurch ergibt sich eine Tiefe für
den Wärmeübertrager,
die nur geringfügig
größer als
die Summe der Tiefen der Flachrohre ist. Die Längsränder der Teile sind mit miteinander fluchtenden
Aussparungen versehen, die sich in dem der Zuführ- und Abführseite abgewandten Abschnitt zwischen
der Querwand und dem Ende der Sammelkammer befinden. Die Querwände werden
von außen
in die Kammern eingeschoben. Hierfür sind Schlitze in den Teilen
oder im Boden vorgesehen.
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Bei
der Herstellung des Sammelkastens wird zunächst eine ebene Platine gefertigt,
insbesondere durch Ausstanzen, in der die benötigten Laschen sowie die später diese
Laschen aufnehmenden Öffnungen
sowie Aussparungen eingestanzt werden. Danach werden zunächst die
Längsränder der
Teile abgebogen. Anschließend
werden die Durchzüge
eingearbeitet. Wenn die Trennwände
von dem Boden her in die Kammern eingefügt werden sollen, so werden
bei dem Fertigen der Durchzüge
im gleichen Arbeitsgang auch die durchzugartigen Schlitze für die Trennwände vorgesehen.
Wenn die Trennwände
von der Seite her in die Kammern eingeschoben werden sollen, so
werden die dafür
benötigten
Schlitze bereits in die ebene Platine eingearbeitet. Nach dem Fertigen
der Durchzüge
wird der Sammelkasten fertig gebogen. Anschließend werden die Laschen verstemmt.
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Vor
dem Verlöten
des mit den Flachrohren und den Wellrippen und den Seitenteilen
versehenen Wärmeübertragers
werden die Stirnenden der Sammelkästen mittels eingefügter Deckel
verschlossen. Die Deckel sind als Blechpressteil hergestellt, das
einen entsprechend der Kontur der Stirnenden der Sammelkasten umlaufenden,
geprägten
Rand aufweist. Einer der Deckel weist hierbei Öffnungen zum Anschließen der
Kältemittel-Zuführung und
-Abführung
auf. Der Rand ist im Bereich der Längsränder mit einer Querprägung versehen,
die der Summe der Wandstärken
der Längsränder angepasst
ist. Auf Grund des geprägten
Randes entsteht eine Stufe, die sich beim Anbringen der Deckel an
die Innenwandungen der Sammelkästen
anlegt und eine reibschlüssige
Fügeverbindung
bildet. Diese reibschlüssige
Fügeverbindung
wird mittels mehrerer Laschen unterstützt, die an dem geprägten Rand
anschließen
und um 90° abgewinkelt
sind. Diese Laschen umgreifen die Sammelkästen auf der Außenseite.
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Darüberhinaus
weisen bekannte Verdampfer bei den standardmäßig üblichen Rippendichten (auch
bei kleinen Rippenhöhen)
nahezu parallel stehende Rippen bzw. einen kleinen Öffnungswinkel zwischen
den einzelnen Rippen auf, die aufgrund von Kapilfarkräften zu
einem ungünstigen
Wasserspeicherungsverhalten tendieren, d.h. viel Wasser aufgrund
der gegebenen Geometrie örtlich
speichern.
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Bei
schlechtem Wasserablauf neigen die Verdampfer unter Umständen zum
Spritzen – vor
allem bei großer
Luftmenge und kleinen Stirnflächen – was wiederum
die zulässige
Rippendichte (Anzahl von Rippenabschnitten pro Längeneinheit in Längsrichtung
der Rohre) begrenzt. Die Gefahr des Spritzens wird umso größer, je
mehr Kondensat sich in den einzelnen Rippenwindungen ansammelt bzw.
je geringer die von der Luft frei durchströmbare Fläche ist.
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Ein
ungünstiges
Wasserspeicherungs- und Ablaufverhalten aufgrund der gegebenen Rippengeometrie
weisen beispielsweise Verdampfer mit nahezu parallelen Rippen bzw.
kleinen Öffnungswinkeln zwischen
den einzelnen Rippenabschnitten auf. Insbesondere dann ist die Strömungsgeschwindigkeit bzw.
Luftmenge begrenzt, bis zu der ein Spritzen noch vermeidbar ist.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Wärmetauscher zur Verfügung zu
stellen. Eine Aufgabe ist insbesondere eine verbesserte Wasserabscheidung
und/oder eine Verringerung des Wasserspeichervermögens
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Wärmetauscher
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 13. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein
Wärmetauscher vorgesehen,
mit wenigstens einem Sammelkasten aus Blech, der in Längsrichtung
wenigstens in zwei Kammern unterteilt ist und in dessen Boden die
Enden von Rohren, insbesondere von Flachrohren, eingeführt sind,
und der Sammelkasten einen tunnelförmigen Sammelkasten-Teil, einen
im Wesentlichen ebenen Sammelkasten-Teil, der den Boden bildet, und
stirnseitig jeweils Deckel aufweist, wobei mindestens ein Deckel
zumindest in seinem äußeren Randbereich
eben ausgebildet und formschlüssig
im Sammelkasten positioniert ist. Durch die ebene Ausbildung des
Deckels ermöglicht
sich eine einfache Herstellung desselben mittels Stanzens aus einem Blech,
sowie eine einfache Einpassung. Die Deckel nehmen weniger Raum ein,
verglichen mit den herkömmlichen,
tiefgezogenen Deckeln, so dass der Wärmetauscher kleiner baut. Vielmehr
kann für
die geschlossenen Stirnseiten des Wärmetauschers ein Blech verwendet
werden, das zumindest im Wesentlichen den Trennwand-Blechen entspricht.
Die formschlüssige
Positionierbarkeit im Sammelkasten stellt eine optimale Verlötung sicher.
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Der
Deckel ist bevorzugt von der Stirnseite her eingeführt, wobei
er sammelkastenseitig an mehreren Anschlägen anliegt, die am tunnelförmigen Sammelkasten-Teil
und/oder am ebenen Sammelkasten-Teil ausgebildet sind. Auf der Außenseite
ist der Deckel bevorzugt mittels mehrerer umgebogener Laschen gesichert,
wobei die Laschen von den Anschlägen
derart beabstandet sind, dass der Deckel möglichst spielfrei dazwischen
aufgenommen ist. Die Laschen können
um eine parallel zur Längsachse des
Sammelkastens verlaufende Achse gebogen sein. Alternativ können sie
von außen
nach innen umgebogen sein. Um eine sichere Verlötung zu gewährleisten, weist der Deckel
eine Dicke, zumindest im sich in Anlage an den Sammelkasten befindlichen Bereich,
von ca. 1 bis 2 mm, bevorzugt 1,5 mm auf. Durch die formschlüssige Positionierung
vor dem Verlöten
ergibt sich eine verbesserte Deckel-Dichtheit. Zudem lässt sich
die Prozesssicherheit erhöhen,
so dass weniger fehlerhafte Wärmetauscher produziert
werden.
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Die
Laschen sind bevorzugt Teil des tunnelförmigen Sammelkasten-Teils und/oder
des ebenen Sammelkasten-Teils, wobei sie durch ausgestanzte Schlitze
in der den entsprechenden Sammelkasten-Teil bildenden Platine einstückig mit
derselben ausgebildet sind.
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Der
Deckel weist bevorzugt im Falle einer stirnseitigen Kältemittel-Zu- und/oder -Abführung eine Öffnung auf,
deren Rand nach außen
gebogen ist. Die Öffnung
ist bevorzugt kreisförmig
ausgebildet, insbesondere als Durchzug, wobei auch eine andersartige
Ausbildung, insbesondere eine ovale Ausbildung, der Öffnung möglich ist,
so dass die Fläche
des Deckels optimal ausgenutzt werden kann, bei maximaler Strömungsfläche.
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Die Öffnung ist
bevorzugt konisch ausgebildet, insbesondere mit einem Winkel des
Randes zur Längsachse
des Durchzugs von maximal 5°,
insbesondere bevorzugt von 2° bis
3°, so dass
die Selbsthemmung gewährleistet
ist.
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Bevorzugt
ist ein Saugrohr vorgesehen, das an dem Deckel mit einer Öffnung angebracht
ist, das einen Innendurchmesser aufweist, der etwa dem Außendurchmesser
des die Öffnung
eingrenzenden Randes entspricht, wobei das Saugrohr über den Durchzug
geschoben ist. Dies ermöglicht
einen gleichbleibenden und sich in Strömungsrichtung leicht erweiternden
Strömungsquerschnitt,
so dass dieser größtmöglich ausgebildet
und der kältemittelseitige
Druckabfall möglichst
gering gehalten werden kann. Dadurch kann die Verdampferleistung
erhöht werden.
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Ein
Einspritzrohr, das an dem Deckel mit einer Öffnung angebracht ist, weist
vorzugsweise einen Außendurchmesser
auf, der etwa dem kleinsten Innendurchmesser des die Öffnung eingrenzenden Randes
entspricht.
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Zur
Erleichterung des Einführens
der Deckel weist der Rand des Sammelkasten-Blechs für die Deckel
vorzugsweise eine Einführschräge auf,
wobei diese als Fase aber auch abgerundet ausgebildet sein kann.
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Die
beiden tunnelförmigen
Sammelkasten-Teile weisen bevorzugt eine im Wesentlichen halbkreisförmige Gestalt
auf, welche sich positiv auf die Festigkeitseigenschaften des Sammelkastens auswirken,
so dass die Materialstärke – verglichen mit
herkömmlichen
Sammelkästen – vorzugsweise verringert
werden kann, insbesondere auf Wandstärken von ca. 0.8 mm bei einer
Anbringung von Einspritz- und Saugrohr von einer der Stirnseiten
her (durch zwei Deckel), oder bei längsseitiger Anbringung derselben über einen
Anschlusserker im Bereich des Sammelkastens von ca. 1 mm. Durch
die Verringerung der Blechstärke
ergibt sich eine Material- und Gewichtsersparnis, so dass die Herstellungskosten
und die späteren
Betriebskosten gesenkt werden können.
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Die
verwendeten Flachrohre weisen bevorzugt eine Breite von 2 bis 3
mm auf, womit sie schmäler
als herkömmliche
Flachrohre ausgebildet sind.
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Der
Wärmetauscher
ist abhängig
von der Blockbreite 4- oder mehrflutig, insbesondere 6-flutig durchströmbar.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung weist ein Wärmetauscher
Flachrohre und Wellrippen auf, wobei die Wellrippen eine Rippenhöhe aufweisen,
die dem Abstand jeweils zweier Flachrohre entspricht, und wobei
jeweils zwei über
einen Rippenbogen verbundene Rippenabschnitte unter einem Öffnungswinkel α zueinander geneigt
sind. Bei einer Rippenhöhe
von 3 bis 6 mm, bevorzugt von 4 bis 5 mm, und einer Rippendichte von
50 bis 90 Rippen, bevorzugt von 60 bis 80 Rippen, besonders bevorzugt
70 Rippen, je 100 mm, ergibt sich gemäß der vorliegenden Erfindung
ein vergrößerter Winkel
zwischen den einzelnen Rippen (bei gleicher Rippendichte und gleichem
Krümmungsradius).
Aufgrund dieses größeren Öffnungswinkels
der Rippen wird eine kleinere Kapillarwirkung in den Rippenwindungen
erzielt, was zu einem besseren Kondenswasser-Ablaufverhalten bzw. einer geringeren
gespeicherten Wassermenge lokal in den Rippenwindungen und somit
auch im Verdampfer insgesamt führt
sowie gegebenenfalls die Spritzgefahr des Verdampfers reduziert.
Der Öffnungswinkel zumindest
zweier Rippenabschnitte, bevorzugt vieler oder aller Rippenabschnitte,
beträgt
dabei bevorzugt 22° +/– 7° oder 30° +/– 10°.
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Eine
weitere Vergrößerung des Öffnungswinkels
ist unter Umständen
erreichbar, wenn ein oder mehrere Rippenbögen zumindest bereichsweise
einen Krümmungsradius
von kleiner als 0,4 mm, bevorzugt kleiner oder gleich 0,35 mm, besonders bevorzugt
kleiner oder gleich 0,3 mm, aufweisen. Vorteilhaft ist dabei eine
Breite der Flachrohre von ca. 1,5 bis 3 mm.
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Durch
eine kleinere Rippenhöhe
bzw. einen größeren Rippenöffnungswinkel
ist zum eine Kapillarwirkung in den Rippenwindungen verringert,
so dass sich weniger Kondensat in den Rippenwindungen hält. Damit
verbunden sind eine geringere speicherbare Wassermenge sowie unter
Umständen ein
besserer Wasserablauf und gegebenenfalls eine geringere Gefahr des
Spritzens. Zum anderen führt eine
kleinere Rippenhöhe
zu einer Verteilung des Kondensats auf mehr Rippen und Rohre (mehr
Wärmeaustauschfläche), so
dass insgesamt weniger Kondensat je Rippenwindung anfällt. Hieraus
ergibt sich wiederum eine geringere Gefahr des Spritzens und unter
Umständen
ein günstigeres
Ablaufverhalten entlang der Rohre und/oder der Rippen.
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Mittelbare
Vorteile sind möglicherweise
eine höhere
zulässige
Rippendichte und somit ein erhöhtes
Leistungspotential, eine geringere Gefahr von Bakterienwachstum
und damit eine verringerte Geruchsbildung sowie gegebenenfalls eine
Kostenersparnis durch einfachere Oberflächenbehandlung, die unter Umständen sogar
ganz entfallen kann. Außerdem
ist eine Reduzierung einer sogenannten Flash-Fog-Gefahr (plötzliches
Beschlagen von Windschutzscheiben aufgrund von Feuchtigkeit aus
dem Verdampfer) durch schnelleres Abtrocknen der Verdampferoberfläche möglich.
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Ein
derartiger Wärmetauscher
wird insbesondere als Flachrohr-Verdampfer für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage
verwendet.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. in der Zeichnung zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Sammelkastens,
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2 eine
Detailansicht des Sammelkastens von 1,
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3 den
Sammelkasten von 1 vor dem Einbau der stirnseitig
angebrachten Deckel,
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4 eine
Detailansicht von 3.
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5 eine
Detailansicht, des Sammelkastens von 1, wobei
der rechte der beiden Deckel nicht dargestellt ist,
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6 eine 5 entsprechende
Detailansicht aus einer anderen Perspektive,
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7 eine
Seitenansicht auf die Deckel,
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8 einen
Schnitt entlang Linie A-A in 7,
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9 eine 8 entsprechende
Schnittdarstellung ohne Deckel,
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10 einen
Schnitt durch beide Deckel mit montiertem Saug- und Einspritzrohr,
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11 einen
Schnitt in Längsrichtung
des Sammelkastens zur Darstellung einer Trennwand,
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12a, 12b Ansichten
zweier Wellrippbleche, wobei in 12a eine
bekannt Form und in 12b eine Form für eine größere Flachrohrdichte
dargestellt ist,
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13a, 13b jeweils
einen Ausschnitt einer Wellrippe eines Verdampfers in verschiedenen
Geometrien,
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14 die
gespeicherte Wassermenge als Funktion der Wärmeaustauschffäche,
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15 die
gespeicherte Wassermenge in Abhängigkeit
der Rippenhöhe
(im Betrieb bei einem festgelegten Betriebspunkt und bei gleichen
Wärmeaustauschflächen), und
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16 die
kritische Luftmenge bezüglich
eines Spritzens eines Verdampfers in Abhängigkeit der Rippenhöhe
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Ein
Flachrohr-Verdampfer
1 (nur teilweise dargestellt) einer
Kraftfahrzeug-Klimaanlage
weist, wie bereits zuvor unter Bezugnahme auf die
DE 198 26 881 A1 beschrieben,
zwei Sammelkästen
2, Flachrohre
(nichtdargestellt), die zwischen den beiden Sammelkästen
2 verlaufen,
und Wellrippen
3 auf, die zwischen den Flachrohren angeordnet
sind. Jeder Sammelkasten
2 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel aus einer Platine
gebildet, die aus einem Blech ausgestanzt und dann so geformt ist,
dass ein ebenes Sammelkasten-Teil
4 und
an dessen Längskanten
anschließend
zwei tunnelförmige
Sammelkasten-Teile
5 ausgebildet sind (siehe insbesondere
4 und
6).
Die Längsränder sind
mit mehreren, über
deren Länge
verteilt angeordneten Laschen versehen, die durch Aussparungen des
ebenen Sammelkasten-Teils
4 hindurchgesteckt
sind und auf der den Flachrohren zugewandten Außenseite verstemmt sind. Die
Stirnenden sind mittels an späterer Stelle
näher beschrieben
Deckeln
6 verschlossen.
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Im
ebenen Sammelkasten-Teil 4 sind eine Mehrzahl von Durchzügen 7 ausgebildet,
in welche die Flachrohre geführt
sind, wobei die Öffnung
der Durchzüge 7 im
Wesentlichen der Außenform
der Flachrohre entspricht.
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Die
beiden tunnelförmigen
Sammelkasten-Teile 5 weisen auf Grund einer relativ geringen Bautiefe
eine im Wesentlichen halbkreisförmige
Gestalt auf, wie beispielsweise der Darstellung von 7 entnommen
werden kann. Auf Grund der verbesserten Festigkeitseigenschaften
in Folge der halbkreisför migen
Gestalt der Sammelkasten-Teile 5 und/oder der kleineren
Bautiefe sind Wandstärken von
0,8 bis 1 mm im Gegensatz zu den üblichen Wandstärken von
1,2 bis 1,5 mm möglich.
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Im
Inneren des Sammelkastens 2 sind eine oder mehrere Trennwände 8 vorgesehen,
durch welche der Strömungsweg
für ein
Fluid wie beispielsweise das Kältemittel
durch den Wärmetauscher,
insbesondere dessen Flachrohre vorgebbar ist. Die Trennwände 8 sind
durch Schlitze 9 vorzugsweise in einem ebenen Sammelkasten-Teil 4 einführbar, wobei
die Trennwände 8 jeweils
zwischen zwei Öffnungen
oder Durchzügen 7 für die Rohre,
wie Flachrohre, angeordnet sind und der Abstand der Durchzüge 7 durch die
Trennwände 8 vorzugsweise
nicht verändert
ist. Hierfür
ist beispielsweise im Sammelkasten 2 in einem Bereich ein
Trennwand-Schlitz ausgestanzt oder anderweitig eingebracht, so dass
unter Umständen
kein Durchzug gebildet ist, und/oder in einem anderen Bereich ein
Führungselement,
wie eine Führungsnut,
bspw. mit einer Tiefe von 0,2 bis 0,3 mm, zu einer Führung der
Trennwand 8 vorgesehen (siehe 11).
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Die
aus einem Blech bestehenden Deckel 6 sind von der Stirnseite
her am Sammelkasten 2 angebracht, wobei sie bis zu durch
Anschlagzapfen gebildeten Anschlägen 10,
die an der Platine mittels Prägen
ausgebildet sind, eingeführt
und mittels bei der Herstellung der Platine ausgestanzter und nach dem
Positionieren des Deckels 6 umgebogener Laschen 11 verriegelt
sind. Zum leichteren Einführen der
Deckel 6 sind Einführschrägen an der
Platine vorgesehen (siehe etwa über
die Hälfte
der Platinen-Dicke gehende Fase in 9). Sowohl
die Laschen 11 als auch die Anschläge 10 im tunnelförmigen Sammelkasten-Teil 5 befinden
sich in Längsrichtung
des Sammelkastens 2 gesehen jeweils auf der gleichen Höhe. Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
sind je Deckel 6 im ebenen Sammelkasten-Teil 4 nur
ein Anschlag 10 und versetzt hierzu zwei Laschen 11 vorgesehen,
jedoch ist gemäß einer
nicht in der Zeichnung dargestellten Variante auch eine dem tunnelförmigen Sammelkasten-Teil 5 entsprechende Ausgestaltung
möglich.
Die Laschen 11 sind von den Anschlägen 10 in Längsrichtung
des Sammelkastens 2 gesehen um die Dicke des den Deckel 6 bildenden Blechs
voneinander beabstandet, so dass eine exakte Positionierung in Folge
einer formschlüssigen
Verbindung vor dem Verlöten
möglich
ist.
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Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
werden die Laschen 11 um eine Achse gebogen, die parallel
zur Sammelkasten-Längsachse
verläuft.
Gemäß einer
nicht in der Zeichnung dargestellten Variante ist auch ein Umbiegen
der Laschen zum Deckel hin möglich,
so dass lediglich je Lasche zwei in Längsrichtung des Sammelkastens
verlaufende Schlitze in der Platine vorgesehen sein müssen. Ferner
kann gemäß einer
weiteren nicht in der Zeichnung dargestellten Variante die Begrenzung
des Einschiebens der Deckel auf durch den jeweils ersten Durchzug
für die
Flachrohre begrenzt sein, so dass nur noch im tunnelförmigen Sammelkasten-Teil
Anschläge
vorgesehen sein müssen
und die Gesamtlänge
des Sammelkastens optimal ausgenutzt werden kann.
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Die
Kältemittel-Zuführung und
-Ableitung erfolgt, wie 10 entnommen
werden kann, über
ein an je einem mit einer Öffnung 12 versehenen
Deckel 6 angebrachtes Einspritzrohr 13 bzw. ein
Saugrohr 14. Die Öffnungen 9 der
Deckel 6 sind im entsprechenden, ausgestanzten Blechteil
als Durchzüge ausgebildet,
wobei die Deckel 6 in den Sammelkasten 2 derart
eingebaut sind, dass die Ränder
des Durchzugs jeweils nach außen
ragen. Die Ausgangs-Blechstärke
des Deckels 6, d.h. die Dicke des unbearbeiteten Blechs,
beträgt
ca. 1.5 mm, um eine sichere Lötverbindung
an den Schmalseiten und eine ausreichende Materialstärke für die Durchzüge zu gewährleisten,
so dass auch eine ausreichend große Verbindungsfläche und
somit eine sichere Verbindung zwischen den Rohren für die Kältemittel-Zuführung und – Ableitung
und den Durchzügen
gewährleistet
werden kann. Hierbei sind auch die Deckel 6 ohne Durchzug
zumindest in ihren äußeren, an
der Platine des Sammelkastens 2 anliegenden Randbereichen
eben ausgebildet.
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Der
Durchzug für
das Einspritzrohr 13 ist derart ausgebildet, dass das Einspritzrohr 13 in
die Öffnung 12 bis
auf die Höhe
der Anschläge 10 eingeschoben
ist. Hierfür
weist der Durchzug des Deckels 6 einen leicht konischen,
sich über
die Länge
des Durchzugs nach außen
verjüngenden
Innendurchmesser auf. Der Durchzug für das Saugrohr 14 weist einen
sich nach außen
verjüngenden
Außendurchmesser
auf, wobei das an seinem Ende etwas aufgeweitete Saugrohr 14 von
außen
aufgeschoben ist. Die Schräge
beträgt
bei beiden Öffnungen 12 bevorzugt
2-3°, maximal
jedoch 5°.
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Vorzugsweise
werden fünf-kammrige
Flachrohre insbesondere mit einer Breite von ca. 2,5 mm verwendet,
wobei der Stegabstand unverändert bleibt,
so dass der luftseitige Druckabfall sich nicht oder nur unwesentlich
erhöht,
verglichen mit bekannten Verdampfern mit normaler Bautiefe. Die
Durchströmung
des Verdampfers kann beispielsweise 6- oder, insbesondere bei kleinen
Blockbreiten, 4-flutig erfolgen.
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In 13 ist
die Rippengeometrie (Öffnungswinkel α zwischen
benachbarten Rippenabschnitten 101, die über einen
Rippenbogen 102 miteinander verbunden sind) bei 8 mm (13a) und 4,5 mm Rippenhöhe (13b), und zwar jeweils bei 60 Rippen pro
100 mm, im Vergleich dargestellt. In 13b ist
ein Rippenbogen 102 mit einem kleineren Krümmungsradius
(im Vergleich zu 13a) gezeigt. In
diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass ein Krümmungsradius
in jedem Punkt des Rippenbogens 102 unterschiedlich sein
kann und dass somit außer
einem kreisbogenförmigen Querschnitt
auch andere symmetrische oder asymetrische Formen des Rippenbogens 102 möglich sind.
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Beispielsweise
bei einer Bautiefe von T = 40 mm kommen zum einen Rippen mit einer
Rippenhöhe
h = 4,5 mm zum Einsatz, wodurch mehr Rippen und Flachrohre bzw.
ein höherer
Rippenwirkungsgrad und mehr Wärmeübertragungsfläche – bei gleicher
Verdampfergröße – ermöglicht werden.
Auf diese Weise wird eine höhere
Leistungsdichte erzielt.
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14 zeigt
die gespeicherten Wassermengen als Funktion der Wärmeaustauschffäche von
erprobten Wärmetauschern,
wobei die Rippenhöhe 1 größer als
die Rippenhöhe 2 ist
und die Rippenhöhe 2 größer als
die Rippenhöhe 3 ist.
Hier wird ebenfalls ein positiver Einfluß der kleineren Rippenhöhe auf das
Speichervermögen
bemerkbar. Die Werte wurden mittels eines einfachen Screening-Tests
ermittelt, bei dem zunächst
die Verdampfer in ein Wasserbad getaucht werden und nach Herausnehmen
nach einer bestimmten Abtropfzeit die noch im Verdampfer befindliche
Restwassermenge mittels Wiegen bestimmt wird.
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In 15 sind
die auf die Wärmeaustauschfläche bezogenen
gespeicherten Wassermengen in Abhängigkeit der Rippenhöhe dargestellt,
wobei die Rippenhöhe
nach rechts abnimmt. Die Werte wurden im Betrieb bei einem vorgegebenen
Betriebspunkt ermittelt.
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In 16 sind
die kritischen Luftmengen über
der Rippenhöhe
aufgetragen, ab denen ein Spritzen des jeweiligen Verdampfers beginnt
(ebenfalls im Betrieb ermittelte Werte). Die Rippenhöhe nimmt
hier nach rechts zu.
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Bei
Verdampfern gemäß dem Stand
der Technik liegt der Öffnungswinkel α bei etwa
14° (bei 60
Rippen pro 100 mm), oder niedriger. Bei der neuen Rippengeometrie
(H = 4.5 mm, T = 40 mm) sind Winkel von ca. 28° zu erzielen (wiederum bei 60
Rippen pro 100 mm) (vergleiche 13). Bei
noch kleinerer Ausführung
der Krümmungsradien
der Rippenbögen 102 lässt sich
der Öffnungswinkel
weiter steigern.
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Aufgrund
des verbesserten Verhaltens gegen Spritzen sind ferner höhere Rippendichten
zulässig,
die sich wiederum positiv auf die Leistung auswirken, wenngleich
sich dadurch der Öffnungswinkel wieder
etwas reduziert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kommt eine 4,5
mm hohe Rippe mit einer Rippendichte von > = 70 Rippen pro 100 mm zum Einsatz, wobei
der Öffnungswinkel
dann etwa 22° beträgt.
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Der
sich ergebende Winkel bei einer 6 mm hohen Rippe liegt zwischen
15° und
22° (Verdampfer mit
6 mm hoher Rippe zeigen auch bereits ein deutlich besseres Ablauf-
und Speicherverhalten als Verdampfer mti 8 mm hoher Rippe, hier
ist allerdings auch die Anzahl an Ablaufflächen bzw. Flachrohren bereits
höher).
Die Wasserabscheidung wird darüberhinaus
noch begünstigt
durch eine grö-ßere zur Verfügung stehende
Ablauffläche
entlang der Flachrohre bzw. durch die größere Anzahl an Ablaufflächen/Flachrohren
bei vergleichbarem Kondensatanfall.