DE19515526C1 - Flachrohrwärmetauscher mit mindestens zwei Fluten für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flachrohrwär­ metauscher mit mindestens zwei Fluten für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Verdampfer, mit den sonstigen Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Dessen Merkmale sind aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Offenlegungsschrift DE 44 46 817 A1 derselben Anmelderin zu entnehmen.

Bei dem älteren Flachrohrwärmetauscher ist wie auch bei der Erfindung zwischen benachbarten Fluten jeweils eine nicht eigenständig durchströmte Zwischenkammer dort ausge­ spart, wo die eingangsseitig erste Flut oder die ausgangssei­ tig letzte Flut der jeweils anschließenden Flut benachbart ist. Um dort eine dichte Trennung zwischen den benachbarten Fluten unter gleichzeitiger Schaffung eines Eingangssammlers, einer benachbarten Tasche einerseits sowie eines Ausgangs­ sammlers oder einer dort benachbarten Tasche andererseits in mechanisch stabiler Bauweise zu erreichen, erfolgt dort ein gemeinsamer Eingriff sowohl des Sammlerbodens als auch des Deckels des Sammlers in die betreffende Zwischenkammer. Das führt zwangsläufig dazu, daß die Zwischenkammer eine Weite hat, die der doppelten Wandstärke einerseits des Sammlerdec­ kels und andererseits der Wand der anschließenden Umlenkta­ sche entspricht. Außerdem ist der Aufbau des Eingriffs in die Zwi­ schenkammer baulich noch relativ kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bau­ lichen Aufwand zu vereinfachen und dort, wo es möglich ist, auch die Weite der Zwischenkammer zu reduzieren. Letzteres führt gleichzeitig zu einer geringeren Bautiefe, d. h. zu ei­ ner geringeren Länge des Querschnittes durch das Flachrohr.

Diese Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merk­ male des Flachrohrwärmetauschers nach Anspruch 1 gelöst, wo­ bei sich der Flachrohrwärmetauscher gemäß der Erfindung durch die Kennzeichnungsmerkmale von dem älteren nicht vorveröf­ fentlichten Flachrohrwärmetauscher unterscheidet.

Ausdrücklich einbezogen ist zusätzlich auch noch die Möglichkeit, im Sinne der konkreten Weiterbildung nach Anspruch 13 in bezug auf eine dort angesprochene Längstrenn­ wand des Sammlers auch noch eine andere Einzelwand des Samm­ lers in die Zwischenkammer eingreifen zu lassen. Während An­ spruch 3 eine spezielle Lösung für zweiflutige Flachrohre an­ gibt, die nach Anspruch 4 weitergebildet wird, haben die üb­ rigen Ansprüche Merkmale zum Gegenstand, welche allgemeine Gültigkeit haben und mindestens auch für drei- und mehrflu­ tige Flachrohre Anwendung finden können.

Die Unteransprüche zielen im übrigen zunächst alle auf einfache Bauweise mit zuverlässiger Funktion und sind aus sich heraus verständlich, insbesondere in der Veranschau­ lichung an den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispie­ len.

Diese werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnun­ gen noch mehr im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den Verdampfer in Längserstreckung der Flachrohre durch die Mitte eines Flach­ rohres;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anschlußseite eines Verdampfers;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt analog zu Fig. 1 jedoch mit dreiflutiger Führung;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Wärmetauscher mit zweiflutiger Durchströmung;

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung eine Teilan­ sicht der in die Umlenktaschen eingesteckten Flachrohrenden;

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Flachrohr;

Fig. 7 eine perspektivische Teildarstellung auf ein Flachrohrende;

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Um­ lenkbleches;

Fig. 9 eine Explosionsdarstellung von Sammlerbo­ den Flachrohrende vor der Montage;

Fig. 10 einen Schnitt durch einen Verdampfer mit einer zu Fig. 1 alternativen Sammlerausführung;

Fig. 11 eine Anordnung von Längs- und Quertrenn­ wänden in perspektivischer Darstellung für den Verdampfer nach Fig. 10.

Alle angegebenen Varianten können wechselseitig ausgetauscht und kombiniert werden.

Ein Flachrohrwärmetauscher für Kraftfahrzeuge mit sechsflutiger Führung ist in Fig. 1 im Schnitt durch die Längserstreckung eines Flachrohres dargestellt. Das Kältemit­ tel tritt in den Flachrohrwärmetauscher durch den Eintritts­ stutzen 44 in einen eingangsseitigen Sammler 4 und wird von dort auf die eingangsseitige Flut 46 einer Vielzahl von par­ allel zueinander angeordneten Flachrohren 2 verteilt.

Durch die Trennwände 50 in den Flachrohren 2 sowie die inneren Trennwände der Zwischenkammern 14 und die Zwi­ schentrennwände 26 in den Umlenktaschen 18 wird nun das Käl­ temittel entsprechend den in Fig. 1 eingezeichneten Pfeilen in sechsflutiger Führung in Gegenstrom zu der Umgebungsluft geführt.

Die ausgangsseitige Flut 48 aller parallel zueinan­ der angeordneten Flachrohre 2 ist wiederum an einen ausgangs­ seitigen Sammler 4 angeschlossen, in dem das innere Wärmeaus­ tauschfluid gesammelt wird und aus einem Austrittsstutzen 52, der am ausgangsseitigen Sammler 4 angebracht ist, austritt.

Zur Verbesserung des äußeren Wärmeübergangs sind zwischen den Flachseiten der einzelnen Flachrohre Lamellen 42 sandwichartig eingeschachtelt, die zusammen mit den übrigen Lötverbindungen in einem Lötvorgang wärmeleitend mit den Flachrohren verbunden werden.

Die Anordnung des Eintrittsstutzens 44 bzw. des Austrittsstutzens 52 kann an jeder beliebigen Stelle des Sammlers z. B. auch in dessen Längsrichtung erfolgen.

Der Sammler 4 besteht aus einem Deckel 8 und einem Sammlerboden 6. Zur besseren Fixierung vor dem Löten kann da­ bei der Deckel 8 des Sammlers 4 in eine Nut 38 am Sammlerbo­ den 6 eingesteckt werden, wobei zur weiteren Verbesserung der Verbindung zusätzlich Schlitze 40 im Nutgrund 38 des Bodens 6 eingestanzt sein können, in die Zungen 54 des Deckels 8 form­ schlüssig eingreifen.

In Fig. 3 ist dabei der Sammler auf der Außenseite des Flachrohres in einer durchgehenden Nut 38 fixiert. Zu­ sätzlich sind im Nutgrund Schlitze 40 eingestanzt, in die Zungen 54 des Deckels 8 eingreifen.

Die Schlitze 40 sowie die Nut 38 können jedoch auch gemäß Fig. 9 nur zwischen den Flachrohren 2 angeordnet sein, so daß die Zungen 54 des Deckels 8 lediglich zwischen den Flachrohren 2 durch den Sammlerboden 6 hindurchgreifen.

Der Deckel des Sammlers kann jedoch auch wie in Fig. 1 lediglich zwischen den freien Schenkeln 20 des Samm­ lerbodens 6 gehalten werden.

Im Sammlerboden 6 ist eine Vielzahl paralleler Ein­ steckschlitze 32 im Teilungsmaß der Flachrohre eingestanzt, in die die freien Enden der eingangsseitigen Flut 46 bzw. der ausgangsseitigen Flut 48 der Flachrohre 2 flüssigkeitsdicht eingelötet sind.

Zur Abtrennung z. B. der ausgangsseitigen Flut 48 und des ausgangsseitigen Sammlers 4 von der danebenliegenden und in umgekehrter Richtung durchströmenden parallelen Flut 10 greift in Fig. 1 und in vergrößerter Darstellung auch in Fig. 3 der Sammlerboden in eine durch zwei innere Trennwände 14 gebildete Zwischenkammer 16 ein. Um eine prozeßsichere Verlötung mit minimalen Lötspalten zu erhalten, ist gemäß Fig. 9 am Ende der Einsteckschlitze 32 für die Flachrohre 2 eine scharfe Kante 34 ausgebildet, die mit dem Grund 36 des Ausschnittes der Außenwände 28 der Zwischenkammer 16 verpreßt wird.

Gemäß Fig. 1 können sowohl der eintrittsseitige als auch der austrittsseitige Sammler 4 in gleicher Weise ausge­ führt werden.

Im Spezialfall eines zweiflutigen Wärmetauschers nach Fig. 4 wird die eingangsseitige Flut 48 sowie die aus­ gangsseitige Flut 46 des Flachrohres 2 in einen durchgehenden Schlitz 22 im Sammlerboden 6 eingesteckt. In diesem Fall wird die eingangsseitige Flut 46 von der ausgangsseitigen Flut 48 sowohl im Flachrohr 2 als auch im Bereich der Sammler 4 durch einen mittleren freien Schenkel des Deckels 8 abgetrennt, der ebenfalls zwischen die inneren Trennwände 14 in die Zwischen­ kammer 16 eingreift.

Dabei ist es unerheblich, ob der Eingriff durch den eingangsseitigen Deckel oder den ausgangsseitigen Deckel 8 erfolgt. Im Sonderfall können auch beide inneren freien Schenkel des Deckels 8 in die Zwischenkammer 16 eingreifen, was jedoch dazu führt, daß die Zwischenkammer 16 eine Breite von mindestens zwei Material stärken des Deckels 8 aufweisen muß.

Zur besseren Fixierung können Zungen 54 des inneren freien Schenkels des Deckel 8 in Schlitze 40, die im Sammler­ boden 6 angebracht sind, eingreifen.

Bei zweiflutigen Wärmetauschern gem. Fig. 4 ist da­ bei ebenso die Fixierung des äußeren freien Schenkels 8 in einer Nut 38 bzw. in Schlitzen 40 im Sammlerboden 6 gemäß Fig. 3 möglich.

Ist bei zweiflutigen Wärmetauschern gemäß Fig. 4 auf der Anschlußseite kein Umlenkblech 24 erforderlich, wird bei dreiflutigen Wärmetauschern gemäß Fig. 3 ein Umlenkblech 24 benötigt, dessen Umlenktaschen 18 in Längsrichtung der Flachrohre auf der einen Seite an einem freien Schenkel 20 des Sammlerbodens 6 flüssigkeitsdicht angelötet sind und auf der anderen Seite eine Abschlußwand 56 besitzen. Dabei kann die Abschlußwand 56 gemäß Fig. 1 organisch mit an die Umlenk­ tasche 18 angeformt sein. Es ist aber auch gemäß Fig. 8 eine Abschlußwand denkbar, die analog zur Zwischentrennwand 26 ausgebildet ist und in Schlitze 58 im Umlenkblech 24 ein­ greift.

Bei Wärmetauschern mit einer geraden Anzahl von Fluten wie z. B. einem sechsflutigen Wärmetauscher gemäß Fig. 1 ist auf der Anschlußseite ein Umlenkblech 24 gemäß Fig. 8 erforderlich, in das die Enden der Flachrohre 2 gemäß Fig. 5 eingesteckt werden.

Um ein zu tiefes Einstecken zu vermeiden, wird vor­ teilhaft die Umlenktasche 18 mit einer Stufe 60 versehen, an die das Ende des Flachrohres 2 anstößt.

In Längsrichtung der Flachrohre werden die Umlenk­ taschen 18 gemäß Fig 1 durch die freien Schenkel 20 des Samm­ lerbodens 6 verschlossen und beim Lötvorgang flüssigkeits­ dicht verlötet.

In Fig. 2 ist die Draufsicht auf die Anschlußseite eines achtflutigen Wärmetauschers dargestellt, dessen Umlenk­ blech 24 von zwei Zwischentrennwänden 26 in jeweils drei Um­ lenktaschen 18 je Flachrohr 2 aufgeteilt ist. Das Kältemittel tritt durch den Eintrittsstutzen 44 in den eintrittsseitigen Sammler 4 und wird gemäß Fig. 2 auf neun parallele Flachrohre 2 verteilt, die jeweils durch die Ausbildung der Umlenkbleche 24 achtflutig durchströmt werden, so daß die ausgangsseitige Flut 48 aller neun Flachrohre 2 wieder in einen gemeinsamen austrittseitigen Sammler 4 eingelötet sind und das innere Wärmetauschfluid über einen im austrittsseitigen Sammler 4 angebrachten Austrittstutzen 52 den Wärmetauscher wieder ver­ lassen kann.

Um den Eingriff des Sammlerbodens 6 bzw. des Dec­ kels 8 in die Zwischenkammer 16 des Flachrohres 2 zu ermögli­ chen, wird gemäß Fig. 7 die Zwischenkammer 16 des Flachrohres im Endbereich ausgespart.

Die Außenwände 28 lassen sich einfach ausstanzen, wenn sie gemäß Fig. 6 Sollbruchzonen 30 bzw. in allen vier Eckbereichen der Zwischenkammer 16 aufweisen.

Der Grund 36 der Ausschnitte der Außenwände 28 ge­ mäß Fig. 7 wird beim Aufstecken des Sammlerbodens 6 mit der Kante 34, die am Ende des Einsteckschlitzes 32 vorhanden ist, verpreßt, so daß die beiden ein- bzw. ausgangsseitigen Fluten jeweils von der danebenliegenden benachbarten Flut 10 flüs­ sigkeitsdicht abgetrennt sind.

Analog zur zweiflutigen Führung des inneren Wärme­ tauschfluids gemäß Fig. 4 kann auch bei mehrflutigen Verdamp­ fern der Sammlerboden 6 gemäß Fig. 10 einteilig ausgeführt werden.

In Fig. 10 ist dies anhand eines sechsflutigen Ver­ dampfers schematisch dargestellt.

Zur Abtrennung zum Beispiel der ausgangsseitigen Flut 48 und des ausgangsseitigen Sammlers 4 von der daneben­ liegenden und in umgekehrter Richtung durchströmten paralle­ len Flut 10 greift in Fig. 10 eine Längstrennwand 62 in eine durch zwei innere Trennwände 14 gebildete Zwischenkammer 16 ein. Bei der Ausführung gemäß Fig. 10 werden die Sammler 4 durch den durchgehenden Sammlerboden 6, die Längstrennwand 62, den gemeinsamen Sammlerdeckel 64 sowie die Quertrennwände 66 gebildet, dabei dienen die Quertrennwände 66 sowohl als Endabschluß des Sammlers 66a als auch als Zwischentrennwand 66b zur Unterteilung des Sammlers in dessen Längsrichtung in einzelne Abteilungen.

Im eingangsseitigen Sammler 4 kann zusätzlich noch ein Verteilrohr 68 für ein inneres Wärmeaustauschfluid vor­ handen sein, das durch entsprechende Ausschnitte in den Quer­ trennwänden 66a flüssigkeitsdicht hindurchgeführt wird.

Zur gegenseitigen Fixierung des gemeinsamen Samm­ lerdeckels 64 mit dem Sammlerboden 6 können analog zur Fig. 3 Zungen 54, die sowohl an den Längstrennwänden 62 als auch an den Quertrennwänden 66 angebracht sind, in Schlitze 40 im Sammlerboden 6 bzw. im gemeinsamen Sammlerdeckel 64 eingrei­ fen.

Die Fixierung des Sammlerbodens 6 mit dem gemeinsa­ men Sammlerdeckel 64 kann analog zu den Ausführungsformen in Fig. 1, 3 und 9 erfolgen. In Fig. 10 ist beispielhaft eine Ausführungsform gewählt worden, bei der Zungen 54 des Deckels 64 durch Schlitze 40 im Sammlerboden 6 hindurchgreifen.

Im Überschneidungsbereich sind die Längstrennwände 62 und die Quertrennwände 66 gemäß Fig. 11 ausgespart.

In Fig. 11 ist beispielhaft eine Anordnung von Längstrennwänden 62 und Quertrennwänden 66 für einen sechs­ flutigen Verdampfer gemäß Fig. 10 gezeigt, die aus zwei zum Endabschluß der Sammler dienenden Quertrennwänden 66a und aus einer Zwischentrennwand 66b besteht, wobei die Zwischentrenn­ wand 66b die beiden Sammler 4 als auch die Umlenktaschen 18 in zwei gleichlange Bereiche aufteilt.

Beispielhaft sind in Fig. 11 die Zungen 54 nur teilweise an den Längstrennwänden 62 bzw. den Quertrennwänden 66 angebracht. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Längstrennwände 62 und die Quertrennwände 66 durchgehend in einem durch die Konstruktion vorgegebenen Takt mit Zungen 54 ausgerüstet sind oder daß ganz auf die Zungen 54 verzichtet wird.

Im Grenzfall kann der Eingriff 12 der Längstrenn­ wände 62 in die Zwischenkammer 16 auch ganz entfallen, wenn sichergestellt ist, daß zumindest die Längstrennwand 62 am Ende des Flachrohres 2 an dessen Außenwänden 28 anliegt. In diesem Fall ist es nicht mehr erforderlich, das Flachrohrende gemäß Fig. 7 mit einem Ausschnitt der Außenwände 28 vor des­ sen Montage zu einem Verdampfer zu versehen, sondern es ist ausreichend, die Trennwände 62 bei der Montage der vormon­ tierten Deckel-Bodenanordnung mit der Trennwand 50 des Flach­ rohrendes zu verpressen.

Claims (16)

1. Flachrohrwärmetauscher mit mindestens zwei Fluten (10) für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Verdampfer und insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, mit Flachrohren (2) für zwei- oder mehrflutige Führung des inneren Wärmetauschfluids und mit einem an die eingangssei­ tige Flut (46) und/oder mit einem an die ausgangsseitige Flut (48) angeschlossenen Sammler (4), der jeweils einen Sammler­ boden (6) und einen diesen ergänzenden Deckel (8) aufweist,
wobei ein benachbarte Fluten (10) gegeneinander dichtender Eingriff der Sammlerboden-Deckel-Struktur in den Endbereich einer zwischen zwei benachbarten inneren Trenn­ wänden (14) gebildeten Zwischenkammer (16) des jeweiligen Flachrohres (2) vorgesehen ist, die zwischen benachbarten Fluten (10) angeordnet ist,
und wobei bei mindestens dreiflutigen Flachrohren (2) neben dem Sammler (4) bzw. den Sammlern mindestens eine Umlenktasche (18) benachbarter Fluten (10) der Flachrohre (2) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in die Zwischen­ kammer (16) nur der Sammlerboden (6) oder nur der Deckel (8) oder nur eine andere Einzelwand (62) eines Sammlers (4) ein­ greift.

2. Flachrohrwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Eingriff des Sammlerbodens (6) in die Zwischenkammer (16) der Sammlerboden (6) in Fortsetzungsrich­ tung der Flachrohre (2) freie Schenkel (20) aufweist, in, an oder um die der Deckel (8) des Sammlers (4) angeschlossen ist.

3. Flachrohrwärmetauscher für zweiflutige Flachrohre (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Eingriff des Deckels (8) in die Zwischenkammer (16) die Flachrohre (2) in durchgehende Schlitze (22) im Sammlerboden (6) eingesteckt sind.

4. Flachrohrwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei zwei benachbarten Sammlern (4) nur ein Deckel (8) in die Zwischenkammer (16) eingreift und mit dem anderen Deckel (8) außerhalb der Flachrohre (2) verbunden ist.

5. Flachrohrwärmetauscher für mindestens dreiflutige Flachrohre (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mindestens eine Umlenktasche (18) zwischen benachbarten Fluten (10) bildendes Umlenkblech (24) an mindestens einem freien Schenkel (20) eines Sammlerbodens (6) anschließt.

6. Flachrohrwärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer Umlenktaschen (18) in dem Umlenkblech (24) dieses mit mindestens einer einge­ steckten Zwischentrennwand (26) versehen ist.

7. Flachrohrwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohre (2) im End­ bereich der Zwischenkammer (16) über die in Erstreckungs­ richtung des Querschnitts der Flachrohre (2) gemessene Länge quer zu den Flachrohren (2) durchgehend ausgeschnitten sind.

8. Flachrohrwärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenkammern (16) der Flachrohre (2) geschwächte Außenwände (28) aufweisen.

9. Flachrohrwärmetauscher nach Anspruch 8, gekenn­ zeichnet durch Sollbruchzonen (30) an den Außenwänden (28), vorzugsweise in allen vier Eckbereichen der Zwischenkammer (16).

10. Flachrohrwärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine am Ende der Einsteckschlitze (32) für die Flachrohre (2) ausgebildete Kante (34) des Sammlerbodens (6) am Grund (36) der Aus­ schnitte der Außenwände (28) im Endbereich der Zwischenkammer (16) anliegt.

11. Flachrohrwärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante (34) des Sammlerbodens (6) eine scharfe Kante (34) ist, die mit dem Grund (36) der Aus­ schnitte der Außenwände (28) der Zwischenkammer (16) verpreßt ist.

12. Flachrohrwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Seite des Deckels (8) des Sammlers (4) zwischen den Flachrohren (2) in eine Nut (38) am Sammlerboden (6) und/oder in Schlitze (40) des Sammlerbodens (6) eingreift, die vorzugsweise innerhalb der Nut (38) angeordnet sind.

13. Flachrohrwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zwischenkam­ mer (16) eine Längstrennwand (62) des Sammlers (4) eingreift.

14. Flachrohrwärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei längsseitige Abschluß­ wände (62) und mindestens zwei querseitige Abschlußwände (66) und vorzugsweise mindestens eine weitere Längstrennwand (62) und/oder mindestens eine weitere Querwand (66) zwischen dem gemeinsamen Sammlerdeckel (64) und dem Rohrboden (6) des Sammlers (4) eingespannt sind.

15. Flachrohrwärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die längsseits verlaufenden Wände (62) und die querseitigen Wände (66) ineinander gesteckt sind, vorzugsweise mit Lotverbindung.

16. Flachrohrwärmetauscher nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannverbindungen zwischen dem Sammlerdeckel (64) und/oder dem Rohrboden (6) des Samm­ lers (4) einerseits sowie den längs- und/oder querseitigen Wänden (62, 66) andererseits als durchgreifende und verlötete Steckverbindungen (54, 40) ausgebildet sind.