DE19719263C2 - Flachrohrverdampfer mit vertikaler Längserstreckungsrichtung der Flachrohre bei Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flachrohr­ verdampfer, insbesondere aus Aluminium oder einer Alumi­ niumlegierung, für Kraftfahrzeugklimaanlagen mit den Merk­ malen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Ein derartiger Flachrohrverdampfer ist beispielsweise aus der US-A-4 350 025 bekannt.

Bei dem Betrieb eines Flachrohrverdampfers für Kraftfahrzeugklimaanlagen ist es ein allgemeines Bestre­ ben, ein Hindurchblasen von Kondenswasser oder sonstiger Feuchtigkeit unter der Anströmung des äußeren Wärmetausch­ fluids, im allgemeinen Luft, in weiter hinten liegende Be­ reiche der Kraftfahrzeugklimaanlage zu verhindern, wo das Auftreten oder gar die Ansammlung von Feuchtigkeit störend bis schädlich sein kann.

Bei einem bekannten mehrflutigen Flachrohrverdampfer, bei dem den einzelnen Fluten geson­ dert gefertigte Flachrohre zugeordnet sind, verbleiben zwischen diesen gesondert gefertigten Flachrohren verti­ kale Spalte, die im Bedarfsfall als vertikale Ableitungs­ kanäle für anfallende Feuchtigkeit mit genutzt werden kön­ nen. Derart abgeleitetes Wasser kann im Bedarfsfall durch eine Auffangschale aufgefangen und abgeführt werden (EP- A2-0 709 643).

Probleme der Wasserabführung bestehen jedoch dann, wenn das Flachrohr ungeteilt vorgesehen ist. Eine derartige ungeteilte Verwendung von Flachrohren bietet je­ doch einen geringeren Herstellungsaufwand als der Zusam­ menbau gesondert gefertigter Flachrohre. Der Flachrohrver­ dampfer nach der US-A-4 350 025 stellt schon speziell bei Verwendung nur einteiliger Flachrohranordnungen eine Ab­ führung von Feuchtigkeit sicher, die innerhalb der Verrip­ pung durch die Zickzacklamellen anfallen kann. Es zeigt nämlich die Erfahrung, daß auftretende Feuchtigkeit wie insbesondere Kondenswasser von dem äußeren Wärmetauschme­ dium in der Verrippung durch die Zickzacklamelle zunächst mitgenommen wird und sich erst am Ende des Durchströmungs­ weges durch die Verrippung ansammelt. Bei dem Flachrohr­ verdampfer nach der US-A-4 350 025 ist daher im Anschluß an den in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids hinten liegenden Endbereich der Zickzacklamellen an den Flachrohren jeweils eine von oben nach unten durchlaufende Wasserablaufrinne an einem mit dem Flachrohr integral ge­ fertigten Ansatzstück an der schmalen Stirnseite des Flachrohres gefertigt, das von einem T-Profil gebildet ist, dessen Mittelsteg mit der schmalen Stirnseite des Flachrohres verbunden ist und das in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids über die Zickzacklamellen über­ steht.

Bei diesem bekannten Flachrohrverdampfer ver­ größern die T-förmigen Ansätze an die in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids hinten liegenden Endbereiche der Flachrohre den Materialaufwand und die Bautiefe des Flachrohrverdampfers und erfordern eine aufwendige Her­ stellungstechnologie. Darüber hinaus können die aus den Zickzacklamellen frei herausragenden Ansätze keine solche Feuchtigkeit aufnehmen und ableiten, die tropfenartig in­ nerhalb des Bereichs der Zickzacklamellen hängen bleibt und somit nicht von dem äußeren Wärmetauschfluid zu den in dessen Strömungsrichtung hinter den Zickzacklamellen angeordneten Wasserablaufrinnen gelangen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wirksame Wasserableitfunktion aus den Zickzacklamel­ len mit einfacher Herstellungstechnologie ohne Zusatzauf­ wand an Material und Bautiefe erreichen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einem Flachrohrverdampfer nach Anspruch 1 gelöst.

Es ist an sich bekannt, bei einem Flachrohrverdampfer, dessen Platten wie die Flachrohre vertikal verlaufen und zwischen dessen Platten Zickzackla­ mellen zwischengeschachtelt sind, an der Außenseite der Platten jeweils eine vertikale Wasserablaufrinne auszubil­ den. Die Platten von Flachrohrverdampfern haben jedoch re­ lativ starke Wandungen ihrer Kanäle, in denen die Ausfor­ mung einer Wasserablaufrinne weitaus problemloser möglich ist als bei Flachrohren, bei denen die Gestaltung einer derartigen Rinne unmittelbar in dem Flachrohrbereich, in­ nerhalb dessen die einzelnen Kanäle verlaufen, regelmäßig mit einer Beeinflussung des Kanalquerschnittes durch die Eindellung verbunden ist, mittels derer die Kondenswasser­ ablaufrinne zu bilden ist. Eine derartige Anordnung einer vertikalen Kondenswasserablaufrinne in der flachen Außen­ seite eines Flachrohres erfordert daher bisher nicht in Betracht gezogene Überlegungen, inwieweit dabei der ge­ samte thermodynamische Betrieb des Flachrohrverdampfers noch mit gutem Wirkungsgrad aufrechterhalten bleiben kann. In diesem Sinne ist die konkrete Lösung von Anspruch 2 originell.

Nach der Erfindung kann man die jeweils erforderliche Ablaufrinne ohne herstellungsmäßigen, mate­ rialmäßigen und baulichen Zusatzaufwand beim Ablängen der Flachrohre von einem Coil durch Eindrücken mit ausformen. Man kann dabei auch bedarfsweise mehrere Ablaufrinnen durch Eindellungen versehen und so anfallendes Kondenswas­ ser noch im Erstreckungsbereich der Zickzacklamellen, im Falle eines frühzeitigen Anfallens von Kondenswasser im Paket der Zickzacklamellen sogar schon nach einer gegebe­ nenfalls relativ geringen Teilstrecke der Durchströmung, auffangen und praktisch im statu nascendi ableiten.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 ist besonders dann interessant, wenn die Verrippung mittels der Zick­ zacklamellen relativ eng aneinander angrenzende Schenkel aufweist. Es hat sich nämlich gezeigt, daß dann zum einen die Formgebung gemäß Anspruch 2 bei der Herstellung des Flachrohrverdampfers noch relativ einfach ist und zum an­ deren der relativ enge Abstand zwischen den Schenkeln der Zickzacklamelle in Nachbarschaft der Wasserablaufrinne dazu führt, daß sich Feuchtigkeit selbsttätig an dieser Engstelle ansammelt, allmählich zu einer größeren Ansamm­ lung anwächst und dann schließlich bei Anwachsen bis in die Kondenswasserablaufrinne in diese wieder weitgehend rückstandsfrei ablaufen kann. Dies wirkt weiterhin einem Mitreißen von Feuchtigkeit in Strömungsrichtung mittels des anströmenden äußeren Wärmetauschfluids entgegen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schemati­ scher Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Flach­ rohrverdampfers, bei dem die Längserstreckung der Flach­ rohre 2 vertikal ist;

Fig. 2 einen Querschnitt in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids durch einen Ausschnitt der Blockanordnung von Flachrohren und Zickzacklamellen, sowie

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf eine zwischen zwei benachbarten Flachrohren einge­ schachtelte Zickzacklamelle mit Blickrichtung in Strö­ mungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids.

Der in Fig. 1 dargestellte Flachrohrwärmetauscher ist zweiflutig ausgebildet und als Verdampfer eines Kältemittelkreislaufs gestaltet.

Das schließt nicht aus, die dargestellten Merkmale sinngemäß auch auf Flachrohrwärmetauscher mit einer abweichenden Anzahl von Fluten zu übertragen.

Der Flachrohrverdampfer hat folgenden allgemei­ nen Aufbau:
Eine größere Anzahl von typischerweise zwanzig bis dreißig Flachrohren 2, die sich vertikal erstrecken, wird mit konstanten gegenseitigen Abständen und miteinan­ der fluchtenden Stirnseiten 4 angeordnet. Zwischen den Flachseiten 6 der Flachrohre wird jeweils eine Zickzackla­ melle 8 sandwichartig eingeschachtelt. Ebenso wird je eine Zickzacklamelle 8 auch noch an den beiden Außenflächen 4 der außenliegenden Flachrohre angeordnet. Jedes Flachrohr weist innere Versteifungsstege 10 auf, die im Flachrohr als durchgehende Kanäle wirkende Kammern 12 abteilen. Je nach Bautiefe ist eine Anzahl der Kammern 12 von zehn bis dreißig typisch.

Die angegebenen typischen Bereiche der Anzahl der Flachrohre 2 und deren Kammern 12 sind dabei nur vor­ zugsweise und nicht beschränkend gedacht.

In einer Kraftfahrzeugklimaanlage wird im ferti­ gen Zustand die Blockanordnung aus den Flachrohren 2 sowie den Zickzacklamellen 8 durch Außenluft in Richtung des in Fig. 1 und Fig. 3 ersichtlichen Pfeiles 9 in Bautiefen­ richtung als äußeres Wärmetauschmedium durchströmt.

Als inneres Wärmetauschmedium dient bei dem Ver­ dampfer ein Kältemittel wie insbesondere Fluorkohlenwas­ serstoff, der in den Wärmetauscher über eine Zuleitung 14 eintritt und über eine Ausgangsleitung 16 aus dem Wärme­ tauscher wieder austritt. Die Zuleitung kommt im Kältemit­ telkreislauf von dessen Verflüssiger. Die Ausgangsleitung 16 führt zum Verdichter des Kältemittelkreislaufs.

Von der Zuleitung 14 her erfolgt eine eingangsseitige Verteilung des Kältemittels auf die ein­ zelnen Flachrohre durch einen sogenannten Verteiler. Aus­ gangsseitig wird das Kältemittel gesammelt der Ausgangs­ leitung 16 zugeführt. Wenn man auch die Verteilung und die Sammlung gesonderten Kästen zuweisen kann, sind beide Funktionen in einem gemeinsamen Sammler 18 vereint.

Dieser Sammler 18 ist dann an einer Stirnseite 4 der Flachrohre 2 angeordnet, während an der anderen Stirn­ seite 4 der Flachrohre 2 lediglich jeweils zwischen den Fluten eine Strömungsumkehr erfolgt, hier gemäß Fig. 1 in einem gemeinsamen Umlenksammler 22.

Bei dem Grenzfall eines einflutigen Wärmetau­ schers würde der Umlenksammler 22 durch einen nicht darge­ stellten Ausgangssammler ersetzt sein.

Die Mehrflutigkeit bedeutet mindestens eine Strömungsumkehr im Bereich der von den Kammern 12 gebilde­ ten einzelnen Kanäle in jedem Flachrohr 2. Bei der Zwei­ flutigkeit - deren beiden Fluten in Fig. 1 durch einen Versteifungssteg 10a in jedem Flachrohr 2 voneinander ge­ trennt sind - braucht dann der Umlenksammler 22 keine wei­ tere Zwischenkammerunterteilung, sondern es muß lediglich die einmalige Umlenkfunktion gewährleistet sein. Im Falle von mehr als zweiflutiger Umlenkung bedarf es im Umlenk­ sammler 22 mindestens einer Zwischenwand, so daß etwa im Falle einer Vierflutigkeit eine doppelte einfache Umlen­ kung in dem jeweiligen Umlenksammler 22 erfolgt. Bei einer noch höheren Flutenanzahl muß gegebenenfalls dann die An­ zahl der Zwischenwände erhöht werden.

Der Sammler 18 ist ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus einem Rohrboden 26 und einem Deckel 28 zusammengesetzt, wobei gegebenenfalls weitere Teile zum Aufbau des Sammlers 18 vorgesehen sein können.

Die dem Umlenksammler 22 abgewandten freien En­ den der Flachrohre 2 greifen mit dem Innenraum des Samm­ lers 18 kommunizierend dicht in den Rohrboden 26 ein, der dementsprechend mit Eingriffsschlitzen sowie gegebenen­ falls inneren und/oder äußeren Eingriffsstutzen versehen ist.

Da in dem Sammler 18 die Eingangsfunktion und die Ausgangsfunktion des Kältemittels vereint sind, benötigt der Sammler 18 mindestens eine zweikammerige Ausbil­ dung, welche eine Eingangsseite von der Ausgangsseite ab­ trennt. Für diesen Zweck hat die Kammerunterteilung minde­ stens einen Flachsteg in Gestalt eines Längssteges 32, welcher den mit der Zuleitung 14 kommunizierenden Ein­ gangsbereich im Sammler 18 von einer längs des Sammlers 18 durchgehenden Austrittskammer 34 abtrennt, die mit der Ausgangsleitung 16 kommuniziert.

Bei dem Verdampfer bedarf es ferner einer mög­ lichst gleichmäßigen Zuführung des eingangsseitigen Kälte­ mittels zu allen Flachrohren 2. Im Grenzfall kann man je­ dem einzelnen Flachrohr 2 über einen sogenannten Verteiler das zugeführte Kältemittel gesondert zuführen. Meist er­ folgt jedoch die Zuführung zu benachbarten Gruppen von Flachrohren 2, bei denen mindestens einige Gruppen eine höhere Flachrohranzahl als eins haben, wobei auch die Zahl der Flachrohre 2 pro Gruppe wechseln kann. Jeder Gruppe von Flachrohren 2 wird dabei eine eigene Eintrittskammer zugeordnet, welche unmittelbar mit der betreffenden Gruppe der Flachrohre 2 kommuniziert. Die eigenen Eintrittskam­ mern werden in der Kammerunterteilung durch als Flachstege ausgebildete Querstege voneinander abgeteilt.

Bei dem zweiflutigen Verdampfer gehen die Quer­ stege rechtwinklig jeweils nur von einer Seite des Längs­ steges 32 ab.

Bei einem vierflutigen Verdampfer ist außer dem Längssteg 32, der an die Austrittskammer 34 angrenzt, noch ein zu diesem paralleler weiterer Längssteg vorgesehen. Dieser wird von den die eigenen Eintrittskammern der Grup­ pen von Flachrohren abteilenden Querstegen bis in Anschluß an den Längssteg 32 rechtwinklig gekreuzt. In der Verlän­ gerung der Querstege zwischen den beiden Längsstegen wird zwischen diesen Längsstegen jeweils eine zur außenliegen­ den jeweiligen eigenen Eintrittskammer angrenzende innere Umlenkkammer zur Umlenkung der zweiten Flut in die dritte Flut innerhalb des Sammlers 18 abgeteilt.

Bei höheren Zahlen der Fluten, die durch den Sammler 18 mit Umlenkfunktion geführt werden, erhöht sich entsprechend die Anzahl der Längsstege sowie die Anzahl der inneren Umlenkkammern, die dann in Querrichtung des Sammlers jeweils innen liegend auch noch nebeneinander zwischen den eigenen Eintrittskammern der Gruppen von Flachrohren 2 sowie der Austrittskammer 34 eingeschachtelt sind.

Die Zuleitung 14 kommuniziert mit den einzelnen eigenen Eintrittskammern jeweils über eine im Sammler 18 verlaufende eigene Zuleitung 44, die unterschiedlich ge­ staltet sein können, z. B. in einem Rohr zusammengefaßt.

Bei dem fertigen Wärmetauscher ist der Block aus Flachrohren 2 sowie Zickzacklamellen 8 seitlich durch je ein an der jeweils äußeren Zickzacklamelle anliegendes Seitenblech 36 abgeschlossen, so daß die Seitenbleche 36 einen äußeren Rahmen für die den Wärmetauscherblock an­ strömende Außenluft bilden.

Die Flachrohre 2, die Zickzacklamellen 8, der Rohrboden 26 und der Deckel 28 des Sammlers mitsamt der gegebenenfalls vorgesehenen Kammerunterteilung sowie die Seitenbleche 36 des Wärmetauschers bestehen, zweckmäßig ebenso wie die Zuleitung 14 und die Ausgangsleitung 16, aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung und werden einschließlich der dem Wärmetauscher benachbarten Ab­ schnitte der Leitungsverbindungen zum fertigen Verdampfer hartgelötet.

Ohne daß dies dargestellt ist, ist in der Praxis bei Kältemittelverdampfern für Kraftfahrzeugklimaanlagen gemäß Fig. 1 die Zuleitung 14 und die Ausgangsleitung 16, die über entsprechende Anschlußstutzen in den Sammler 18 übergehen können, an zwei entsprechende Anschlußstutzen eines thermostatisch geregelten Blockventils angeschlos­ sen. Dieses weist an der nicht sichtbaren gegenüberliegen­ den Seite zwei weitere zuleitungsseitige und ausgangssei­ tige Anschlußstutzen auf.

Der Rohrboden 26 und der Deckel 28 sind aus mit Lot vorbeschichtetem Blech gebildet. Der freie Rand des Deckels greift dabei mit mindestens einseitiger Überlap­ pung in den Rohrboden 26 ein.

Unter Betrachtung zunächst von Fig. 3 erkennt man, daß die betreffende Schnittdarstellung durch einen Kanal 12 von zwei parallel zueinander vertikal verlaufen­ den Flachrohren 2 geführt ist. Die nachfolgenden Ausfüh­ rungen gelten jedoch auch dann, wenn ein Schnitt betrach­ tet würde, der jeweils durch einen Versteifungssteg 10 des gleichen Flachrohres 2 verläuft.

Es ist die besondere Anordnung einer Zickzackla­ melle 4 rechtwinklig zur Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids 9 dargestellt, und zwar mit Blick in Richtung der Strömungsrichtung. Die einzelnen Schenkel 38 der Zickzacklamelle erstrecken sich dabei in Strömungs­ richtung des Pfeiles 9 des äußeren Wärmetauschfluids und hängen jeweils über gerundete Scheitel 40 in Fortsetzungs­ richtung der Zickzacklamelle, also in vertikaler Richtung, miteinander zusammen. Die Scheitel 40 sind jeweils durch Hartverlötungsstellen 42 an der benachbarten Flachseite des benachbarten Flachrohres 2 befestigt. Die Anordnung und Ausbildung der Schenkel 38 und der Scheitel 40 ist da­ bei so getroffen, daß der freie Strömungsquerschnitt für das äußere Wärmetauschfluid gemäß dem Pfeil 9 innerhalb der Krümmung der Scheitel 40 größer ist als im Bereich des freien Abstandes 44 von zwei an dasselbe Flachrohr 2 an­ grenzenden Scheiteln 40. Somit ist der Zwischenraum 46 zwischen benachbarten Schenkeln 38 der Zickzacklamelle 8 im Bereich des freien Abstandes 44 enger ausgebildet als in Nachbarschaft des Scheitels 40. Das führt dazu, daß es im Bereich der durch den freien Abstand 44 jeweils defi­ nierten Engstelle unter dem Einfluß von Oberflächenspan­ nungen zu kapillarer Ablagerung 48 von durch das äußere Wärmetauschfluid mitgeführter Feuchtigkeit kommen kann.

Diese Ablagerungen 48 von Flüssigkeit sammeln sich an den in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetausch­ fluids gemäß dem Pfeil 9 hinteren Enden der Breiten­ erstreckung der Zickzacklamelle 8 bzw. von deren Schenkeln 38. Im Rahmen der Erfindung wird dafür gesorgt, daß bei einer Anordnung und Ausbildung der Zickzacklamellen gemäß Fig. 3, oder aber auch bei einer bezüglich der Schaffung von Flüssigkeitsablagerungen 48 vergleichbaren Anordnung und Ausbildung, sichergestellt wird, daß die Ablagerung 48 nicht in der Zickzacklamelle 8 verbleiben und deren lich­ ten Querschnitt einengen, sondern mindestens von Zeit zu Zeit gezielt abgeführt werden.

Hierzu ist es sachdienlich, eine die angesam­ melte Flüssigkeit abführende Einrichtung in Nachbarschaft der Flüssigkeitsablagerungen 48 anzuordnen, und zwar am in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids gemäß dem Pfeil 9 hinteren Bereich.

Hierzu wird in Nachbarschaft des in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids gemäß dem Pfeil 9 hinteren Ende der Zickzacklamelle 8 bzw. von deren Schenkeln 38 an jedem der beiden benachbarten Flachrohre 2 jeweils eine vertikal von oben nach unten durchlaufende Wasserablaufrinne 50 ausgebildet.

Es wird dabei davon ausgegangen, daß die Zickzacklamelle 8 in Richtung des Pfeils 9 jeweils über die benachbarten Flachrohre 2 mit einem Überstand 52 hin­ ausragt, ein allgemein für die Realisierung der Erfindung zweckmäßiges Merkmal.

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die jeweilige vertikale Wasserablaufrinne 50 durch eine vertikale Eindellung 60 an der der benachbarten Zick­ zacklamelle zugewandten Flachseite des angrenzenden Flach­ rohres 2 ausgebildet, wobei die Eindellung zweckmäßig an der Wandfläche eines Kanals 12 vorgenommen wird. Obwohl die betreffende Eindellung 60 auch an dem in Strömungs­ richtung des äußeren Wärmetauschfluids gemäß dem Pfeil 9 hintersten Kanal 12 des jeweiligen Flachrohres 2 erfolgen kann, zeigt Fig. 2, daß ebensogut die Wasserablaufrinne auch in einem vorhergehenden Kanal, hier dem vorletzten Kanal gesehen in der genannten Strömungsrichtung, ausge­ bildet sein kann. Es ist dabei zweckmäßig, daß diese Ein­ dellung jeweils einem freien Abstand 44 zwischen benach­ barten Schenkeln 38 der Zickzacklamelle gegenüberliegt.

Claims (2)

1. Flachrohrverdampfer, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, für Kraftfahrzeugklimaanlagen mit Flachrohren (2), deren Längserstreckungsrichtung vertikal ist, und zwischen den Flachrohren (2) angeordneten Zickzack­ lamellen (8), die längs der Scheitel (40) ihrer zickzackför­ mig verlaufenden Schenkel (38) vom äußeren Wärmetauschfluid, insbesondere Luft, anströmbar (Pfeil 9) sind,
wobei im Anschluß an den in Strömungsrichtung (Pfeil 9) des äußeren Wärmetauschfluids hinten liegenden End­ bereich (52) der Zickzacklamellen (8) an den Flachrohren (2) beidseitig jeweils eine von oben nach unten durchlaufende Wasserablaufrinne (50) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserablaufrinne (50) an der Außenfläche als Eindellung (60) der Flachseite des Flachrohres (2) geformt ist und an den in Strömungsrich­ tung (Pfeil 9) des äußeren Wärmetauschfluids hinten liegenden Endbereich (52) der Zickzacklamellen (8) angrenzt.

2. Flachrohrverdampfer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zwischenraum (46) zwischen benachbarten Schenkeln (38) der Zickzacklamelle (8) in Nachbarschaft der Wasserablaufrinne (50) enger (bei 44) ausgebildet ist als in Nachbarschaft des Scheitels (40).