DE3445100A1

DE3445100A1 - Waermetauscher, insbesondere fuer kaeltemitteldurchstroemte verdampfer oder kondensatoren von kraftfahrzeugklimaanlagen und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3445100A1
Application number: DE19843445100
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 7077 Alfdorf Kern
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1984-12-11
Filing date: 1984-12-11
Publication date: 1986-06-26
Also published as: IT1200858B; FR2574532B1; FR2574532A1; IT8523116A0

Description

Wärmetauscher/ insbesondere für kältemitteldurchströmte Verdampfer oder Kondensatoren von Kraftfahrzeugklimaanlagen und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für kältemitteldurchströmte Verdampfer oder Kondensatoren von Kraftfahrzeugklimaanlagen, bestehend aus einer doppelwandigen Platte, die Hohlräume für das durchströmende Medium aufweist und in Wellen- oder Zick-Zack-Form gefaltet ist.

Wärmetauscher dieser Art sind als sogenannte Ölkühler (DE 31 028 Al) bekannt. Bei diesen Bauarten ist zur Führung des Getriebeöles ein doppelwandiges Faltblech vorgesehen, innerhalb dessen Hohlräumen das öl läuft. Die Ausgestaltung ist dabei so getroffen, daß in dem doppelwandigen Faltblech parallel zu dessen Schmalseiten verlaufende Nahtstellen vorgesehen sind, an denen die beiden Bleche dicht miteinander verbunden sind. Benachbarte Nahtstellen gehen dabei von verschiedenen Längsseiten des Faltbleches aus, so daß das durchströmende Medium nacheinander die zwischen den Nahtstellen bzw. zwischen Nahtstellen und Schmalseiten abgegrenzten Hohlräume in verschiedener Richtung durchläuft. Dieses doppelwandige Blech wird anschließend in Wellenform so gefaltet, daß die Faltlinien senkrecht zu den Nahtstellen und senkrecht zu den Schmalseiten verlaufen. Die Anströmung des so gestalteten Wärmetauschers erfolgt von den die Stirnseiten des Tauschkörpers bildenden Schmalseiten aus. Die Herstellung solcher Wärmetauschkörper ist wegen der notwendigen Schweiß- oder Lötvorgänge verhältnismäßig aufwendig. Auch der Faltvorgang läßt sich, da über die gesamte Länge des Wärmetauschkörpers die doppelwandige Platte gebogen werden muß, nicht ohne weiteres durchführen. ■

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Bekannt sind zwar auch sogenannte Scheibenverdampfer, wie sie bei Kühlmöbeln, beispielsweise in Kühlschränken o.dgl. eingesetzt werden. Solche Wärmetauschkörper besitzen integrierte Kanalsysteme, die in den beiden, dort für die Herstellung verwendeten Platten durch bekannte Verfahren, beispielsweise durch das Rollbondverfahren oder das Z-Bond-Verfahren angeordnet werden. Solche Scheibenwärmetauschkörper müssen jedoch großflächig ausgebildet werden, damit die für den Wärmeaustausch notwendige Oberfläche zur Verfügung steht. Für die Wärmetauscher von Kraftfahrzeugklimaanlagen sind solche Wärmeaustauschkörper daher nicht ohne weiteres einsetzbar, weil hier in der Regel nur ein minimaler Raum zur Anordnung der Wärmetauscher zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein leistungsstarker, aber kompakter Wärmetauscher entsteht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Hohlräume jeweils in ebenen Plattenstücken angeordnet sind, die - wie auch bei den bekannten Scheibenverdampfern von Kühlmöbeln - aus zwei aneinanderliegenden Plattenteilen aufgebaut sind, von denen mindestens eine mit Auswölbungen zur Bildung von als Hohlräume dienenden Strömungskanälen versehen ist und dadurch, daß alle Plattenteile über gebogene Stegteile mit ebenso ausgewölbten Verbindungskanälen einstückig aneinanderhängen und mit Abstand etwa parallel zueinander angeordnet sind. Diese Ausgestaltung weist den großen Vorteil auf, daß sich der gesamte Wärmetauschkörper aus einem Teil herstellen läßt, daß er wegen der gewellten Anordnung nur einen geringen Raumbedarf hat und daß zu seiner Herstellung keine aufwendigen Lot- oder Schweißarbeiten zum Verbinden einzelner Teile des Wärmetauschkörpers notwendig sind.

Der so aufgebaute Wärmetauscher läßt sich in besonders einfacher Weise dadurch herstellen, daß die Hohlräume in an sich

bekannter Weise in Form von Kanälen durch Auswölben mindestens einer der Platten eingebracht und durch Zusammenfügen der Platten, beispielsweise im Rollbond- oder im Z-Bond-Verfahren abgedichtet werden, daß dann zwischen den Bereichen mit den Kanälen jeweils Ausschnitte in den Platten so angebracht, beispielsweise eingestanzt werden, daß mehrere in Reihe liegende, gleich große Plattenstücke entstehen, die untereinander durch quer zu ihnen und parallel zu ihren Kanten verlaufende Stege mit Verbindungskanälen zusammengehalten sind und daß dann die Plattenstücke durch Falten an den Stegen in der Art einer Leporello-Faltung parallel zueinander übereinander angeordnet werden. Diese Art der Herstellung bringt neben dem Vorteil, daß keine Lot- oder Schweißarbeiten notwendig sind, auch den Vorteil mit sich, daß an den Stellen, an denen gefaltet werden muß, nur relativ schmale Stege mit den Verbindungskanälen vorhanden sind, die ohne Aufwand sicher umgebogen werden können. Der neue Wärmetauscher kennzeichnet sich daher durch einen einfachen Aufbau und durch eine einfache Herstellung.

Die Form der Plattenstücke kann an sich beliebig gewählt werden, beispielsweise in Polygonform, solange die später noch beschriebene Herstellungsweise möglich ist. Zur weiteren Vereinfachung des Herstellungsvorganges ist es zweckmäßig, wenn die Plattenstücke rechteckig ausgebildet und die Stegteile jeweils an den Schmalseiten der Plattenstücke angeordnet sind. Werden die Stegteile parallel zu den Schmalseiten der Plattenstücke und durch Einschnitte von diesen getrennt angeordnet, so daß sie über ihre Verbindungskanäle über Querstege mit Strömungskanälen mit dem Strömungskanalsystem in den Plattenstücken verbunden sind, dann ergibt sich der Vorteil, daß beim Aufeinanderfalten der Plattenstücke diese Stegteile senkrecht zu ihrem Verlauf gebogen werden, was in besonders einfacher Weise möglich ist. Die Einschnitte zwischen den Stegteilen und den Schmalseiten der Plattenstücke können in senkrecht zu ihnen verlaufende breitere Ausnehmungen zwischen den Plattenstücken übergehen, die später, nach dem Falten die

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Anströmschlitze für das den Wärmetauschkörper umströmende Medium bilden. Zwischen benachbarten Plattenstücken können Abstandshalter angeordnet werden, die während des Faltens mit eingelegt werden können. Diese Abstandshalter lassen sich in einfacher Weise auch als Wärmeübertragungsrippen ausbilden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Wärmeübertragungsrippen aus wellenförmigen Blechstreifen bestehen, die jeweils im Bereich der Wellenberge und -täler mit quer zur Wellrichtung verlaufenden Ausnehmungen zur Aufnahme der Kanalauswölbungen versehen sind. Diese Ausgestaltung bringt beim fertigen Wärmetauscher eine Erhöhung der Wärmeaustauschfläche und sorgt wegen des formschlüssigen Ineinandergreifens von Abstandshalter und Plattenstücken auch für eine Erhöhung der Stabilität des so gebildeten Wärmetauschkörpers.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Zuschnittes für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauscher,

Fig. 2 die Draufsicht auf einen mit einem Zuschnitt der in Fig. 1 gezeigten Art hergestellten Wärmetauscher,

Fig. 3 die Seitenansicht des Wärmetauschers der Fig. 2 in Richtung des Pfeiles 3 in Fig. 2 gesehen,

Fig. 4 den Schnitt durch den Wärmetauscher .der Fig. 2 und in Richtung der Schnittlinie IV und

Fig. 5 die perspektivische Darstellung eines gewellten Blechstreifens, der als Wärmeübertragungsrippen zwischen die einzelnen Plattenstücke des Wärmetauschkörpers der Fig. 2 bis 4 eingesetzt und in Fig. 3 in seiner Einbaulage auch gezeigt ist.

In der Fig. 1 ist schematisch das Prinzip für einen Zuschnitt gezeigt, wie er für die Herstellung eines Wärmetauschkörpers gemäß den Fig. 2 bis 4 verwendet wird. Dieser Zuschnitt wird ausgehend von zwei Blechplatten rechteckiger Form, wie sie in den Umrissen mit 1 angedeutet sind, dadurch gewonnen, daß diese Blechplatten 1 zunächst entweder beide oder nur eine davon mit halbrunden Auswölbungen in der Form von Strömungskanälen 2 versehen werden und daß die Platten 1 dann, z.B. im Rollbondverfahren oder im Z-Bond-Verfahren untereinander so zusammengefügt werden, daß diese Auswölbungen jeweils mit der daran angrenzenden Platte die Strömungskanäle 2 bilden. Beim Ausführungsbeispiel sind diese Strömungskanäle, die gestrichelt angedeutet sind, jeweils so angelegt, daß sie jeweils zu viert nebeneinander und parallel zueinander verlaufen und an ihren Enden jeweils durch Querkanäle 3 untereinander und mit einem Verbindungskanal 4 verbunden sind, der jeweils parallel zu den Außenkanten la der Platten 1 und parallel zu den jeweiligen Querkanälen 3 verläuft. Analog ist die andere Seite ausgebildet, wo der Querkanal 3a in den Verbindungskanal 4' übergeht, der seinerseits parallel zu den jeweiligen Querkanälen 3a und zu der Außenkante Ib der Platten 1 verläuft. Natürlich ist es auch möglich - wie bei 2a angedeutet - den Querschnitt dieser Strömungskanäle oder auch andere Strömungskanäle zu verändern, um z.B. durch Bildung von Drosselstellen eine gleichmäßige Durchströmung zu erreichen.

Diese Art der Herstellung von Strömungskanalsystemen in zwei aneinanderliegenden Platten ist an sich bekannt. Neu ist jedoch, daß sich dieses Strömungskanalsystem 5 bei dem gezeigten Zuschnitt fünfmal, bei dem für die Herstellung des Wärmetauschers der Fig. 2 bis 4 verwendeten Zuschnitt zwölfmal oder entsprechend der gewünschten Anzahl wiederholt und daß das Strömungskanalsystem 5 jeweils in Bereichen der Platten 1 angeordnet ist, die voneinander durch Ausnehmungen 6 getrennt sind, die in die Blechplatten 1 eingestanzt sind, so daß sich, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, die senkrecht zu den Längskanten

la verlaufenden Schlitze 6 in dem Zuschnitt ergeben, die sich oben und unten jeweils in quer dazu verlaufende Schlitze 7 bzw. 8 fortsetzen, die schmäler als die Ausnehmungen 6 sind und jeweils den Teil der Platten 1 mit den Verbindungskanälen 4 bzw. 4¹ von dem Teil der Platten trennen, in dem der Strömungskanal 5 jeweils angeordnet ist. Es ergeben sich dadurch insgesamt mehrere hintereinander verlaufende Z-förmige Schlitze und Einschnitte, welche Plattenstücke 9 voneinander trennen, die aber jeweils identisch sind und untereinander jeweils durch die Stegteile 10 bzw. 10a einstückig zusammenhängen. Diese Plattenstücke 9 bilden später parallel zueinander- und übereinanderliegende Rippen des Wärmetauschkörpers. Es wird deutlich, daß bei Verwendung von zwölf Plattenstücken, die in der gleichen Weise wie in Fig. 1 gezeigt hintereinander einstückig aneinander angeordnet sind, der in den Fig. 2 bis 4 gezeigte Wärmetauschkörper gebildet werden kann. Dies geschieht dadurch, daß der Zuschnitt der Fig. 1 jeweils an den strichpunktiert angedeuteten Stellen 11 umgebogen wird, und zwar jeweils in wechselnder Richtung, so daß durch das Umklappen des zweiten Plattenstückes des Zuschnittes der Fig. 1 (von links gezählt) im Uhrzeigersinn gegenüber dem ersten Plattenstück die Stegteile 10 umgebogen werden, soweit, bis die beiden Plattenteile parallel zueinander liegen. Anschließend oder gleichzeitig wird das dritte Plattenstück 9 gegenüber dem zweiten Plattenstück im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt, so daß eine Art Leporello-Faltung entsteht, die dazu führt, daß alle Plattenstücke 9 parallel zueinander und übereinander angeordnet sind, dabei aber jeweils durch die umgebogenen Stegteile 10 nach wie vor einstückig untereinander in Verbindung stehen. Auch die in ihnen enthaltenen Strömungskanalsysteme 5 stehen über die Verbindungskanäle 4 bzw. 4¹ noch in Verbindung, so daß eine durch Strömung des so gebildeten Wärmetauschkörpers beispielsweise im Sinne der Pfeile 12, 13 möglich ist. Im gezeigten Beispiel sind die Plattenstücke 9 jeweils von rechteckiger Form. Auch andere Formen, z.B. polygonartige Formen, sind natürlich möglich. Unter Umständen kann es zur Gewichtsverringerung, aber auch zur

Beeinflussung der Strömungsverhältnisse zwischen den Plattenstücken 9 und zur Kondenswasserabfuhr aus dem Bereich zwischen zwei Strömungskanälen 2 zweckmäßig sein, den ebenen Bereich der Plattenstücke 9 mit Einprägungen und Ausstanzungen 19a zu versehen.

Aus den Fig. 2 bis 4 ergibt sich, daß dadurch ein sehr kompakter Wärmetauschkörper gebildet werden kann, der aus mehreren parallel zueinander und übereinander angeordneten Plattenstücken 9 mit jeweils einem Strömungskanalsystem 5 (siehe Fig. 2) aufgebaut ist, der von einer Seite her mit Anschlußstutzen 14 bzw. 15 versehen werden kann, durch die das Wärmetauschmedium durch die Strömungskanalsysteme 5 der einzelnen Plattenstücke 9 geschickt werden kann. Dabei ist es möglich, zum Beispiel während des Faltens den Abstand a zwischen zwei benachbarten Plattenstücken 9 durch Abstandshalter zu überbrücken, die beim Ausführungsbeispiel als ein gewelltes Blechband 16 ausgebildet sind, welches jeweils im Bereich seiner Wellenberge 16a bzw. seiner Wellentäler 16b mit quer zur Wellrichtung verlaufenden Ausnehmungen 17 versehen ist, die in ihrem Querschnitt dem beim Ausführungsbeispiel halbrunden Querschnitt 18 (Fig. 4) der Strömungskanäle 2 angepaßt sind. Werden solche Wellstreifen 16 jeweils zwischen die einzelnen Plattenstücke 9 gelegt, dann legen sich die Ausnehmungen 17 jeweils dicht an die Außenfläche (Querschnitt 18) der Strömungskanäle 2 der einzelnen Plattenstücke an, während die höher stehenden geraden Teile 16c des Wellbandes 16 im Bereich 19 zwischen den Strömungskanälen 2 an den Plattenstücken 9 anliegen. Dadurch ergibt sich ein guter Kontakt zwischen den Wellstreifen 16 und den Plattenstücken 9 und damit auch eine ausgezeichnete Wärmeübertragung. Da die Wellstreifen 16 die Oberfläche des Wärmetauschkörpers vergrößern, wird ein Wärmetauschkörper mit hohem Wirkungsgrad erreicht. Dieser Wärmetauschkörper eignet sich wegen seiner geringen Abmessungen ausgezeichnet für die Verdampfer oder Kondensatoren der Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen. Der Wärmetauschkörper wird in

seinem Inneren dann von dem Kältemittel durchströmt, während zwischen den Plattenstücken 9 und durch die Wellstreifen 16 hindurch Luft in Richtung des Pfeiles III der Fig. 2 geleitet wird. Zur Verbesserung der Wärmeübertragungsverhältnisse von den Wellstreifen 16 an die durchströmende Luft kann die Turbulenz zwischen den Wellungen der Wellstreifen 16 erhöht werden, was z.B. durch die Anordnung von seitlichen, stegartigen Ausprägungen 20 an den Seitenflächen der Wellstreifen geschehen kann.

Claims

Patentanwälte 3445 1OQ

DR.-ING. H.H.WILHELM - DIPL.-ING. H.DAUSTER D-7000 Stuttgart 1 Gymnasiumstr. 31B Tel. (0711) 291133/292857

Anmelder; Stuttgart, den 10. Dez. 1984

D 7204

Süddeutsche Kühlerfabrik Dr.W/R

Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG
Mauserstrasse 3 84-B-47

7000 Stuttgart 30

Ansprüche

(' 1. Wärmetauscher, insbesondere für kältemitteldurchströmte Verdampfer oder Kondensatoren von Kraftfahrzeugklimaanlagen, bestehend aus einer doppelwandigen Platte, die Hohlräume für das durchströmende Medium aufweist und in Wellen- oder Zick-Zack-Form gefaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume jeweils in ebenen Plattenstücken (9) angeordnet sind, die aus zwei anexnanderlxegenden Plattenteilen (1) aufgebaut sind, von denen mindestens eine mit Auswölbungen zur Bildung von als Hohlräume dienenden Strömungskanälen (2) versehen ist, daß alle Plattenstücke (9) über gebogene Stegteile (10) mit ebenso ausqewölbten Verbindungskanälen (4, 4') aneinanderhängen und mit Abstand (a) etwa parallel zueinander angeordnet sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenstücke (9) rechteckig ausgebildet und die Stegteile jeweils an den Schmalseiten der Plattenstücke angeordnet sind.
3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegteile (10) parallel zu den

Schmalseiten (la) der Plattenstücke (9) und durch Schlitze (7) von diesen getrennt verlaufen und ihre Verbindungskanäle (4) über Querstege (10a) mit Strömungskanälen mit dem Ströimmgska- nalsystem (5) in den Plattenstücken (9) verbunden sind.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (7, 8) in senkrecht zu ihnen verlaufende breitere Ausnehmungen (6) zwischen den Plattenstückr-n (9) übergehen, die Anströmöffnungen für das den Wärmetauscnköipei umströmende Medium bilden.
5. Wärmetauscher nach Anspruch I₁. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Plattenstücken (9) Abstandshalter (16) angeordnet sind.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter als Wärmeübertragungsrippen ausgebildet sind.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertraqunqsrippen aus wellenförmigen Blechstreifen bestehen, die jeweils im Bereich der Weilenbeige (16a) und -täler (16b) mit quer zur Wellrichtung verlaufenden Ausnehmungen (17) zur Aufnahme des ausgewölbten Querschnittes (18) der Strömungskanäle (2) versehen sind.
8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Seitenflächen der Wellstreifen (16) Ausprägungen (20) o.dgl. zur Turbulenzerhöhung vorgesehen sind.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Strömungskanäle (2) und/oder der Verbindungskanäle (4) mit Bereichen (2a) veränderten Strömungsquerschnittes versehen sind.
10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den zwischen den Strömungskanälen (2) liegenden Bereichen (19) Einprägungen und Ausstanzungen (19a) vorgesehen sind.
11. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach Anspruch 1, bei dem jeweils zwei Platten o.dgl. zu von einem der am Wärmeaustausch beteiligten Medien durchströmten Hohlräumen zusammengesetzt und dann wellenförmig gefaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume in an sich bekannter Weise in Form von Kanälen (4) durch Auswölben mindestens einer der Platten (1) eingebracht und durch Zusammenfügen der Platten abgedichtet werden, daß zwischen den Bereichen mit dem so gebildeten Strömungskanalsystem (5) jeweils Ausschnitte (6, 7, 8) in den Platten (1) so angebracht werden, daß mehrere in Reihe liegende, gleich große Plattenstücke (9) entstehen, die untereinander durch quer zu ihnen und parallel zu ihren Seitenkanten (la, Ib) verlaufende Stege (10) mit Verbindungskanälen (4, 4¹) zusammengehalten sind und daß die Plattenstücke (9) dann durch Falten an den Stegen (10) in der Art einer Leporello-Faltung parallel zueinander und übereinander angeordnet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß während des Faltens die Abstandshalter eingelegt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenstücke (9) im Rollbond- oder im Z-Bond-Verfahren hergestellt werden.