DE3622953A1

DE3622953A1 - Waermetauscher, insbesondere kaeltemittel-verdampfer

Info

Publication number: DE3622953A1
Application number: DE19863622953
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Bauer; Werner Ing Grad Oelichmann; Herbert Schrade; Wolfgang Hesse
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1986-07-09
Filing date: 1986-07-09
Publication date: 1988-01-21
Also published as: DE3760214D1; JPH0739914B2; EP0253167A1; ES2008864B3; ATE43707T1; JPS6317391A; EP0253167B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Kältemittel-Verdampfer nach dem Oberbegriff des Patent anspruches 1. Wärmetauscher dieser Art sind durch die ältere Anmeldung P 35 02 619.7 der Anmelderin bereits vorgeschlagen worden. Wärmetauscher dieser Art weisen den Vorteil auf, daß im Gegensatz zu Wärmetauschern mit scheibenförmigen Wärmetausch körpern die Flachrohre nicht über ihre gesamte Länge, sondern nur an ihren Enden und an den Verbindungsöffnungen verlötet oder verklebt werden müssen, so daß eine bedeutende Herstellungsvereinfachung erzielt werden kann. Da bei den vorgeschlagenen Bauarten die Flachrohre unmittelbar mit aufgeweiteten Endteilen aneinander anliegen, ist auch die Anordnung gesonderter Verbindungsrohrstutzen überflüssig.

Nachteilig ist in gewisser Hinsicht bei solchen Wärmetauscher bauarten jedoch, daß sich die Aufweitungen an den Rohrenden nicht über die ganze Rohrbreite erstrecken lassen, weil bei der Herstellung einer solchen Aufweitung Risse durch Materialüber streckung, insbesondere im Bereich der bogenförmigen Wände an den Längskanten der Flachrohre ergeben. Das führt dazu, daß bei den bekannten Bauarten innerhalb der Flachrohre keine Einsätze vorgesehen werden können, wie sie beispielsweise von Ölkühlern in der Form von Turbulenzeinlagen bekannt sind. Die nicht über die ganze Breite durchgehende Aufweitung bei den vorgeschla genen Wärmetauschern würde nur das Einschieben von Turbulenz einlagen erlauben, die nur einen Teil der Rohrbreite ausfüllen.

Das Wärmetauschmittel würde in einem solchen Fall an den Turbulenzeinlagen außen vorbeiströmen, so daß der den Wärme übergang verbessernde Effekt einer Turbulenzeinlage nicht erfüllt wäre. Erfindungsgemäß werden daher Wärmetauscher der vorgeschlagenen Art vorgesehen, bei denen nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 in dem zwischen den aufgeweiteten Teilen der Rohre liegenden Bereich Turbulenzeinlagen vorgesehen sind, welche die gesamte Rohrbreite ausfüllen. Dadurch wird eine höhere Wärmetauschleistung gegenüber Rohren ermöglicht, bei denen die Turbulenzeinlage nicht die volle Rohrbreite ausfüllt.

Dies kann dadurch erreicht werden, daß der aufgeweitete Teil jedes Flachrohres sich zu den schmalen Längsseiten hin spitzbogenförmig zu den Krümmungsbogen an den Längskanten des Flachrohres hin erstreckt, so daß es dann möglich ist, den aufgeweiteten Teil über die gesamte Rohrbreite zu erstrecken. Durch das spitzbogenförmige Auslaufen der Ausweitung zu den Endbereichen hin wird dort das Rohrmaterial weniger gestreckt als in der Mitte der parallelen Rohrwände. Ein Überstrecken mit der Gefahr der Rißbildung unterbleibt daher. Durch diese Ausgestaltung wird es dann in einfacher Weise möglich, Turbulenzeinlagen mit der Breite der Flachrohre axial in die offenen Rohre einzuschieben und dann in bekannter Weise zu fixieren. Vorteilhaft ist auch, daß in den schmalen End bereichen, wo im allgemeinen die Schweißnaht liegt, keine Verformung auftritt.

Bei einer anderen Methode ist es aber auch möglich, daß sich der aufgeweitete Teil nur über einen Teil der Breite der Flach rohre erstreckt, wobei dann allerdings ein gewisser Kniff vor gesehen werden muß, um die Turbulenzeinlage in voller Breite in dem Flachrohr vorzusehen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Turbulenzeinlage zunächst in zick-zack-förmig gewellter Form in den mittleren Bereich eines ovalen Rohres eingeschoben wird und daß dieses Rohr dann in dem Bereich, in dem die Turbulenzein lage sitzt, parallel zusammengedrückt und bleibend verformt wird, und zwar in einem Ausmaß, daß sich die Turbulenzeinlage aus ihrer gewellten Form in eine flache gestreckte Form drückt. Bei dieser Methode wird daher das Flachrohr erst nach dem Ein setzen einer Turbulenzeinlage fertiggestellt. Diese Methode hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen. Sie bringt den Vorteil mit sich, daß die so eingesetzte Turbulenzeinlage nach der Ver formung des plattenförmigen Mittelteiles des zunächst ovalen Rohres auch in dem Flachrohr fixiert ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfin dungsgemäß ausgestalteten Kältemittel-Verdampfer, der aus unmittelbar aneinandergesetzten Flachrohren aufgebaut ist,

Fig. 2 die Seitenansicht des Kältemittel-Verdampfers der Fig. 1 in einer Teilansicht in Richtung des Pfeiles II,

Fig. 3 die Draufsicht auf den Kältemittel-Verdampfer der Fig. 1 in Richtung des Pfeiles III, wobei nur ein Teil der oberen Stirnenden der Rohre in offenem Zustand gezeigt ist,

Fig. 4 die schematische Darstellung des Herstellungs vorganges für ein Flachrohr, bei dem die Turbulenz einlage vor dem Verformen des Mittelteiles einge setzt ist,

Fig. 5 die teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines nach dem in Fig. 4 skizzierten Verfahren herge stellten Flachrohres,

Fig. 6 einen Teilschnitt durch das Flachrohr der Fig. 5 längs der Linie VI-VI und

Fig. 7 die Draufsicht auf das Rohr der Fig. 5 in Rich tung des Pfeiles VII.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Wärmetauscher (1) gezeigt, der aus mehreren unmittelbar aneinandergesetzten und mit ihren Achsen (5) parallel zueinander ausgerichteten Flachrohren (2) auf gebaut ist. Die Flachrohre (2) sind mit aufgeweiteten, jeweils an den Enden vorgesehenen Teilen (2 a, 2 b) aneinandergesetzt und nehmen zwischen sich Wärmetauschrippen (3) auf, die für eine bessere Wärmeabgabe des in Fig. 1 in die Zeichenebene hinein an den Flachrohren (2) vorbeiströmenden einen Wärmetauschmediums, insbesondere Luft, dienen.

Der aufgeweitete Teil (2 a) bzw. (2 b) der Flachrohre (2) ist beim Ausführungsbeispiel durch stirnseitig eingesetzte Kappen (10) verschlossen. Diese Kappen sind bei den unteren beiden Rohren der Fig. 3 weggelassen. Man erkennt, daß der mittlere Teil (2 c) der Flachrohre (2) wesentlich schmäler ist als der aufgeweitete Teil (2 a) und daß die mit parallelen Wänden ver sehenen Flachrohre im Bereich ihrer Längskanten Krümmungsbogen (8) besitzen, die jeweils in die parallelen Wände (4) über gehen. Aus den Figuren ist auch zu erkennen, daß der aufgeweitete Teil (2 a) bzw. analog (2 b) Öffnungen (6, 6′) in den parallelen Wandteilen (4′) besitzt. Diese parallelen Wandteile (4′) gehen nach unten zu den Wänden (4) in einen Übergangsbereich (9) über, der etwa senkrecht, sowohl auf den Wänden (4′) als auch auf den Wänden (4) steht. Dieser Übergangsbereich (9) wird zu den beiden Längskanten der Rohre, d. h. jeweils zu den Rohrbogen (8) hin kleiner, was dadurch bewirkt wird, daß die zunächst parallelen Wände (4′) zu den Rohrbögen (8) hin spitz bogenförmig verlaufen. Die Materialdehnung beim Aufweiten der Teile (2 a, 2 b) wird daher zu den Bereichen der Rohrbögen (8) hin immer kleiner und im Bereich der Rohrbögen (8) zu Null. Durch diese spitzbogenförmige Aufweitung, die mit entsprechen den Werkzeugen vorgenommen werden kann, kann die Gefahr einer Rißbildung im Bereich der Rohrbögen vollkommen vermieden werden. Die Rohre lassen sich, wie Fig. 3 zeigt, gut aneinan dersetzen und bieten den Vorteil, daß eine Turbulenzeinlage (7) mit der gesamten Breite (B) der Flachrohre (2) axial in die Flachrohre eingeschoben und dann verankert werden kann.

Fig. 2 zeigt, daß die parallelen Wände (4′) des aufgeweiteten Teiles (2 a) in etwa im Bereich zwischen den Grenzlinien (11) verlaufen und daß von diesen Grenzlinien aus nach außen, wo durch die spitzbogenförmige Ausbildung weniger Material ver formt wird, zweckmäßig auch schräg nach außen oben verlaufende Stirnwandteile (12) verbleiben, während in dem Bereich zwischen den Grenzlinien (11) ein tiefer liegender Bereich vorhanden ist. Diese Ausgestaltung sorgt dafür, daß auch im mittleren Bereich, d. h. im Bereich der Wandungen (4′) die Material streckung im zulässigen Rahmen gehalten werden kann.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen eine andere Ausführungsform eines Flachrohres für einen Kältemittel-Verdampfer, das ebenfalls mit einer Turbulenzeinlage (70) versehen ist, aber auf andere Weise hergestellt wird. Bei dieser Ausführungsform werden die End bereiche eines Flachrohres nicht aufgeweitet, sondern es wird, wie der obere Teil der Fig. 4 zeigt, als Ausgangsmaterial ein Rohr (20′) mit ovalem Querschnitt gewählt, dessen Wandungen (40) den Abstand (b) zueinander aufweisen. Dieses ovale Rohr hat die Länge (B′). In ein so ausgestaltetes ovales Rohr (20′) wird nun eine Turbulenzeinlage (70′) in gewellter oder Zick-Zack-Form eingelegt. Diese Turbulenzeinlage (70′) weist insgesamt eine Länge auf, die so bemessen ist, daß sie nach der im folgenden beschriebenen Verformung des Rohres (20′) der Länge (B) des verformten Teiles entspricht. Diese Turbulenz einlage (70′) mit der Länge (B) wird daher zunächst, wie der obere Teil der Fig. 4 zeigt, axial in das Rohr (20) einge schoben, und zwar so weit, daß sie den Bereich (21) einnimmt (s. Fig. 5 und 6), der anschließend verformt werden soll. Ist dies geschehen, so wird dieser mittlere Bereich (21) durch Walzen oder Pressen zusammengedrückt, und zwar so, daß in diesem Bereich das Rohr (20′) die Stärke (d) erhält und die Breite (B) aufweist. Dieses so ausgebildete Flachrohr (20) besitzt daher aufgeweitete Endbereiche, die nicht die volle Breite (B) besitzen. In dem Bereich (21) aber sitzt über die volle Länge der Breite (B) die Turbulenzeinlage (70), die durch den Verformungsvorgang sowohl ihre gestreckte Lage gemäß Fig. 4 einnimmt, als auch axial in dieser Lage gesichert ist. Die durch diesen Verformungsvorgang verbleibenden und gegenüber dem Bereich (21) aufgeweiteten Teile (20 a) und (20 b) können mit Öffnungen ähnlich den Öffnungen (6) der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 versehen sein. Sie sind beim Ausführungsbeispiel jedoch jeweils mit zwei Öffnungen (60) bzw. (60′) versehen, die beim Aneinandersetzen die Verbindung zwischen den einzelnen Flachrohren (20) herstellen. Beim Ausführungsbeispiel ist außerdem noch dafür gesorgt, daß an den Öffnungen (60) nach außen vorstehende Stutzen (61) vorhanden sind, die beispiels weise durch einen geeigneten Ausprägevorgang hergestellt werden. Diese Ausführungsform weist dann den Vorteil auf, daß nur eine Sorte von Flachrohren (20) zum Aufbau eines Flachrohrverdampfers oder Flachrohrwärmetauschers nötig ist, die untereinander verlötet werden. Die Stutzen (61) sind dabei so bemessen, daß sie in die Öffnungen (60′) hereinpassen. Die offenen Rohrenden werden, wie auch bei anderen Ausführungs formen, durch eingesetzte Kappen (10) verschlossen.

Claims

1. Wärmetauscher, insbesondere Kältemittel-Verdampfer, bestehend aus mehreren parallel, aber im Abstand zueinander angeordneten und untereinander in Verbindung stehenden Flach rohren, zwischen denen eine Vielzahl von Rippen zur Erhöhung der Wärmeaustauschfläche eingesetzt ist und die an ihren beiden Endbereichen mit einem aufgeweiteten Teil der Rohrwand versehen und mit diesem Teil unmittelbar an einen entsprechenden Teil des benachbarten Rohres angelegt und mit diesem verbunden, insbesondere verlötet sind, wobei in jedem aufgeweiteten Teil quer zur Längsachse der Flachrohre verlaufende Verbindungs öffnungen zum benachbarten Flachrohr oder zur benachbarten Rohrgruppe vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zwischen den aufgeweiteten Teilen (2 a, 2 b, 20 a, 20 b) der Rohr wand (4) liegenden Bereich (2 c, 21) jedes Flachrohres (2, 20) Turbulenzeinlagen (7, 70) vorgesehen sind, die die gesamte Rohrbreite (B) ausfüllen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der aufgeweitete Teil (2 a, 2 b) jedes Flachrohres (2) über die gesamte Rohrbreite erstreckt, zu den schmalen Längs seiten (2′) hin jedoch spitzbogenförmig in den Krümmungsbogen (8) des Flachrohres (2) ausläuft.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Krümmungsbogen (8) auslaufende Bereich des auf geweiteten Teiles (2 a, 2 b) leicht ballig ausgebildet ist.

4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des aufgeweiteten Teiles (2 a, 2 b) im Übergangsbereich (9) zu den parallelen Rohrwänden (4′) etwa senkrecht zu diesen verläuft.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der aufgeweitete Teil (20 a) des Flachrohres (20) nur über einen Teil der Breite (B) der Flachrohre (20) erstreckt.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeweitete Teil (20 a) dem Querschnitt eines ovalen Rohres (20′) entspricht, dessen Rohrwand (40) im Bereich (21) zwischen den aufgeweiteten Enden (20 a, 20 b) auf einen kleineren Abstand (d) zusammengedrückt ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Enden (2 a, 2 b) des Flachrohres (2) aufgeweitet werden und daß dann axial die Turbulenzeinlage (7) eingeschoben wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenz einlage (70) in gewellter Form (70′) in den mittleren Bereich (21) des ovalen Rohres (20′) eingeschoben wird und daß das Rohr (20′) dann in dem Bereich (21), in dem die Turbulenzeinlage (70′) sitzt, parallel zusammengedrückt und bleibend verformt wird, bis die Turbulenzeinlage (70) aus der gewellten Form in eine flache, gestreckte Form gedrückt ist.