DE10255487A1

DE10255487A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE10255487A1
Application number: DE10255487A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Förster; Kurt Dr.-Ing. Molt
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-09
Also published as: US7121332B2; EP1567820A1; EP1567820B1; ATE393369T1; AU2003287989A1; DE50309713D1; US20050230093A1; WO2004048875A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Gaskühler für CO2 als Kältemittel, mit mindestens einem zweiteiligen, aus einem Boden und einem Deckel bestehenden Sammelkasten und einem aus Flachrohren und Wellrippen bestehenden Wärmeübertragernetz.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Gaskühler für CO2 als Kältemittel, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Wärmeübertrager für Klimaanlagen mit R134a als Kältemittel bestehen aus einem Wärmeübertragernetz aus Flachrohren sowie beidseitig des Netzes angeordneten Sammelrohren mit kreisförmigen Querschnitt. Derartige Konstruktionen waren bezüglich der Festigkeit ausreichend für die in einem Kondensator auftretenden Drücke. Bei modernen Kältemittel wie beispielsweise CO2 treten jedoch erheblich höhere Drücke auf, die mit den herkömmlichen Wäremübertragerbauweisen nicht mehr zu bewältigen sind. Man hat daher in der WO 98/51983 extrudierte Sammelrohre mit einer erhöhten Wandstärke vorgeschlagen, wobei ein Sammelrohr aus vier nebeneinander angeordneten kreisförmigen Strömungskanälen besteht. Die Herstellung eines solchen extrudierten Sammelrohres ist wegen der dafür benötigten Werkzeuge kostenaufwendig.
Ein anderer Typ von Sammelrohr wurde in der DE-A 199 06 289 vorgeschlagen, wobei ein Sammelrohr aus extrudierten Teilen aufgebaut ist und zwei kreisförmige Strömungskanäle für das Kältemittel CO2 aufweist. Auch bei dieser Bauweise muss wenigstens ein Teil des Sammelrohres durch Extrusion hergestellt werden, was sich ungünstig auf die Herstellkosten des Wärmeübertragers (Gaskühler) auswirkt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art mit einem kostengünstigen und druckfesten Sammelrohr zu versehen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Danach ist das Sammelrohr zweiteilig, d. h. aus einem Boden und einem Deckel hergestellt, der aus einem gebogenen Blechstreifen in Form beispielsweise eines W besteht und mit dem Boden zwei annährend kreisförmige Strömungskanäle bildet. Der Deckel und der Boden sowie auch die in den Boden eingesetzten Flachrohre werden miteinander druckdicht verlötet. Eine Längstrennwand des Deckels/Bodens wirkt dabei als Zuganker, da er mit dem Boden/Deckel verlötet ist. Diese Bauweise des Sammelkastens ist kostengünstig, da keine teuren Werkzeuge für das Biegen bzw. Falten des Deckels und des Bodens benötigt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Beispielsweise weisen die Ränder des Deckels, die den Boden übergreifen, einzelne Lappen oder Laschen auf, die den Boden in seinem Randbereich übergreifen und damit eine Vorfixierung von Boden und Deckel vor dem Lötprozess bewirken. Es bedarf also keiner zusätzlichen Lötvorrichtung mehr, um den Wärmeübertrager zu löten. Eine erhöhte Druckstabilität wird erreicht, wenn der Boden konkav ausgebildet ist. Vorteilhaft ist es ferner, dass der Mittelsteg bzw. die Längstrennwand im Bereich der Flachrohrenden Ausklinkungen aufweist, die ein Ausströmen des Kältemittels aus den Flachrohren und ein Überströmen des Kältemittels von einem Längskanal in den anderen ermöglichen. Dadurch ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Strömungsführung des Kältemittels, insbesondere in Verbindung mit querverlaufenden Trennwänden. Vorteilhaft ist es auch, wenn auf der Innenseite der Deckelränder ein Absatz als Anlage für den Boden vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich bei der Montage von Deckel und Boden eine definierte Anlagefläche. Schließlich kann die Zahl der Längskanäle des Sammelkastens vervielfacht werden, indem die Querschnittsform des Deckels eine WW-Form oder eine Mehrfach-W-Form aufweist. Dadurch werden jeweils zwei zusätzliche Längskanäle geschaffen, d. h. es wird bedarfsweise ein größeres Volumen für das Kältemittel zur Verfügung gestellt. Dabei kann es ebenfalls von Vorteil sein, statt nur einer Flachrohrreihe zwei oder mehrere Flachrohrreihen vorzusehen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine perspektivische Teilansicht eines einreihigen Gaskühlers,
2 einen Längsschnitt durch den Gaskühler gemäß 1,
3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gaskühlers mit Absatz im Deckelrand,
5 einen Längsschnitt durch den Gaskühler gemäß 4,
6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines zweireihigen Gaskühlers mit vierkanaligem Sammelkasten und
7 eine weitere perspektivische Ansicht des Gaskühlers nach 6.
1 zeigt eine Teilansicht eines Kondensators bzw. Gaskühlers 1, wie er bevorzugt in einer mit dem Kältemittel CO2 betriebenen Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges Verwendung finden kann. Der Gaskühler 1 weist – wie an sich bekannt – ein Wärmeübertragernetz auf, von dem hier nur Flachrohre 2 teilweise dargestellt sind, die mit ihren Rohrenden 2a von einem Boden 3 eines Sammelkastens 4 aufgenommen werden. Zwischen den Flachrohren 2 befinden sich nicht dargestellte Wellrippen zur Vergrößerung der luftseitigen Wärmeaustauschfläche. Das Sammelrohr 4 besteht ferner aus einem W- bzw. M-förmig ausgebildeten Deckel 5, der den Boden 3 mit randseitig angeordneten Laschen bzw. Lappen 6 hintergreift.
Der W- oder M-förmige Deckel ist derart ausgebildet, daß eine Längstrennwand derart gebildet ist, daß sich Bereiche des Deckels sich berühren und miteinander verlötet sind. So wird eine doppelwandige Trennwand gebildet.
Statt des Deckels kann auch der Boden die Trennwand ausweisen.
2 zeigt einen Schnitt durch den Gaskühler 1 gemäß 1, und zwar parallel zwischen zwei Flachrohren 2. Man erkennt in diesem Querschnitt deutlich die W- bzw. M-Form des aus einem Blechstreifen gebogenen Deckels 5, der zwei äußere Randbereiche 7, 8 und einen als Falz ausgebildeten Mittelsteg 9 aufweist, der eine in Längsrichtung des Sammelkastens 4 verlaufende Längstrennwand bildet und damit den Sammelkasten 4 in zwei Längskanäle 10, 11 unterteilt. Der Boden 3 ist konkav ausgebildet, d. h. nach außen gewölbt. Der Mittelsteg 9 weist einen Stegrücken 12 auf, der vollflächig auf dem Boden 3 aufliegt und mit diesem zur Bildung eines Zugankers verlötet wird. Der Boden 3, der jeweils etwas über die Schmalseiten der Flachrohre 2 hinausragt, wird in diesen Bereichen von Lappen 6, 13 hintergriffen, womit eine Fixierung von Deckel 5 und Boden 3 bewirkt wird.
3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2, wobei die Flachrohre 2 in vereinfachter Darstellung schraffiert sind. Tatsächlich weisen die Flachrohre 2 einen Mehrkanalquerschnitt auf, der durch Extrudieren hergestellt wird. Die Flachrohrenden 2a sind in entsprechenden Öffnungen 3a des Bodens 3 aufgenommen und ragen in das Innere der Längskanäle 10, 11 hinein. In diesem Bereich – um die Flachrohrenden 2a herum – ist die Längstrennwand bzw. der Mittelsteg 9 mit torbogenförmigen Ausklinkungen 14 versehen, sodass sein U-förmiger Spalt 15 um die Flachrohrenden 2a herum verbleibt. Durch diesen Spalt 15 kann einerseits Kältemittel aus den Flachrohren 2 austreten, und andererseits kann Kältemittel von einem Längskanal 10 in den anderen Längskanal 11 bzw. umgekehrt überströmen. Die Spalte 15 bilden somit Überströmöffnungen zwischen den beiden Längskanälen 10, 11.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Gaskühler 16 mit einem W-förmig ausgebildeten Deckel 17 und einem ebenen Boden 18.
5 zeigt einen Längsschnitt durch den Gaskühler 16 gemäß 4. Der Deckel 17 weist zwei Ränder 19, 20 auf, an deren Innenseite Absätze 21, 22 eingeformt sind, die als Anlage für den Boden 18 dienen. Auf der den Absätzen 21, 22 abgewandten Seite wird der Boden 18 von Lappen 23, 24 hintergriffen, die von den Rändern 19, 20 vorstehen.
6 und 7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines Gaskühlers 25 mit zwei Reihen von Flachrohren 26, deren Enden von einem ebenen Boden 27 eines Sammelkastens 28 aufgenommen werden. Letzterer weist einen aus einem Blechstreifen gebogenen und gefalteten Deckel 29 auf, der die Form eines zweifachen W, d. h. drei Mittelstege 30 aufweist, die den Sammelkasten 28 in vier Längskanäle 31 unterteilen. Wie oben bereits beschrieben, weist auch dieser Deckel 29 Absätze 32 für die Anlage des Bodens 27 auf, der ebenfalls durch Lappen 33 fixiert wird. Durch diese mehrkanalige Ausführung wird ein größeres Volumen für den Sammelkasten 28 gebildet und gleichzeitig die für die hohen Innendrücke erforderliche Druckstabilität gesorgt.

Claims

Wärmeübertrager mit mindestens einem zweiteiligen Sammelkasten und einem vorzugsweise aus Flachrohren und Wellrippen bestehenden Wärmeüberfragernetz, wobei der zumindest eine Sammelkasten aus einem Boden und einem Deckel besteht und der Boden Öffnungen zur Aufnahme von Enden der Flachrohre ausweist der Boden mit dem Deckel fluiddicht verbunden ist und der Sammelkasten zumindest eine Längstrennwand zur Bildung von zumindest zwei Längskanälen aufweist, wobei der Deckel derart ausgebildet ist, daß die Längstrennwand durch zwei im wesentllichen parallel ausgerichtete Bereiche des Deckels gebildet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden im wesentlichen parallel ausgerichtete Bereiche sich berühren.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden im wesentlichen parallel ausgerichtete Bereiche miteinander verbunden, wie beispielsweise verlötet, sind.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Längstrennwand als umgebogene oder gefaltete Blechwand ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längstrennwand als Falz ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel eine, zwei, drei oder eine Mehrzahl von Trennwänden aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel den Boden an Rand übergreift.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden den Deckel an Rand übergreift.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden konkav ausgebildet ist und eine Wölbung aufweist, die vom Inneren des Sammelkastens nach außen weist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden konvex ausgebildet ist und eine Wölbung aufweist, die vom Äußeren des Sammelkastens nach innen weist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel oder der Boden an zumindest einem Rand, vorteilhaft an zwei Rändern, den Boden oder den Deckel hintergreift.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden oder der Deckel mit Lappen ausgebildet ist, die den Deckel oder den Boden am Rand hintergreifen.
Wärmeübertrager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lappen zwischen den Flachrohren angeordnet sind.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Längstrennwand Ausnehmungen oder Ausklinkungen aufweist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand Ausnehmungen oder Ausklinkungen aufweist, in welche Flachrohrenden zumindest teilweise eingreifen oder hineinragen.
Wärmeübertrager nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand Ausnehmungen oder Ausklinkungen aufweist, in welche keine Flachrohrenden hineinragen.
Wärmeübertrager nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ausklinkungen und den Flachrohrenden freie Bereiche wie beispielsweise Spalte belassen sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Bereiche als u-förmige Spalte ausgebildet sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Bereiche teilweise als Anschläge für die Rohre ausgebildet sind.
Wärmeübertrager nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder von Deckel oder Boden auf der Innenseite in Längsrichtung verlaufende Absätze aufweisen, an welchen der Boden oder Deckel anliegt.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel weitere Längstrennwände zur Bildung von weiteren Längskanälen aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Längstrennwände oder einzelne Längstrennwände keine Ausnehmungen oder Ausklinkungen aufweisen.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Längstrennwände oder einzelne Längstrennwände Ausnehmungen oder Ausklinkungen aufweisen, die jedoch nicht der Überströmung eines Fluids dienen.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (26) zwei- oder mehrreihig angeordnet sind.