DE4036320A1 - Waermeaustauscher mit einer einheit aus ineinander verschachtelten rohrelementen, insbesondere fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaus­ tauscher mit einer Einheit aus ineinander verschach­ telten Rohrelementen, insbesondere für Kraftfahrzeu­ ge.

Aus der DE-A-34 13 999, veröffentlicht am 7. Novem­ ber 1985, ist ein Wärmeaustauscher bekannt, bei dem ein Rippenrohrbündel erste Rohrelemente enthält, die aus einer Reihe von geraden oder nadelförmigen Rohrsätzen bestehen, wobei die Rohrsätze miteinander durch ein zweites Rohrelement verbunden sind, wel­ ches aus Rohren von gebogener Form besteht, die eine Verbindungstraverse bilden, so daß ein dichter Kreislauf des im so gebildeten Rohrkreis zirkulie­ renden Mediums entsteht.

Ein solcher Austauscher kann für die Umwälzung eines Kältemittels in einem Flüssigkeitsphasenumwandlungs­ austauscher, wie einem Verdampfer oder einem Konden­ sator, insbesondere für die Klimatisierung von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.

Wie in diesem Dokument erwähnt, ist vorgesehen, daß die genannte Einheit, um die Dichtigkeit der aus Rohren und Traversen bestehenden Einheit sicherzu­ stellen, durch eine dichte Verbindung, wie z. B. eine Hartlötverbindung, gewährleistet wird.

Dazu ist vorgesehen, daß die geraden Enden der Tra­ versen in die offenen Enden der entsprechenden Rohr­ sätze eingesteckt werden und eine dichte Verbindung dieser Einheit durch einen Hartlötvorgang, wie z. B. das Durchlaufen eines Hartlötbades, bewirkt wird, wodurch die genannte Lötstelle am Ende der Rohrsät­ ze, und zwar zwischen den Außenwänden der geraden Enden der Traversen und den Innenwänden der entspre­ chenden Rohrsätze, angebracht werden kann, wobei diese Wände allgemein so erweitert sind, daß ein größerer Durchmesser entsteht als die Außenwand der geraden Enden der Traverse, um einen Raum zu schaf­ fen, durch den das Hartlot eindringen kann.

Es stellt sich jedoch das Problem, den Einschluß eventueller Luftblasen zwischen den verschachtelten Teilen und dem offenen Ende der Rohrsätze beim Eindringen des Hartlots in den entstandenen Raum zu vermeiden.

Das obenerwähnte Dokument schlägt vor, an den gera­ den Enden der Traverse zwei diametral gegenüberlie­ gende Öffnungen vorzusehen, die durch teilweises radiales Eindrücken der Wand der geraden Enden der Traverse in axialer Richtung gebildet werden, so daß eine Verbindung zwischen dem erweiterten offenen Ende jedes Rohrs der Rohrsätze, der Einheit zwischen den geraden Enden der Traversen und dem Teil des Rohrs jedes jenseits der Einheit Traverse/Rohr lie­ genden Satzes hergestellt wird.

Auf diese Weise kann die Luft, die zwischen dem aus Traverse/Rohr bestehenden Teil und dem in das offene Ende des Rohrs eindringenden Lot eingeschlossen ist, durch diese Öffnungen frei entweichen.

Die Anordnung dieser Löcher bringt jedoch einige Nachteile mit sich.

Tatsächlich bewirken diese Öffnungen, indem sie in das Innere der Traverse überstehen, eine Störung in der Zirkulation des Kältemittels, welches in dem so gebildeten Kreislauf zirkuliert, und dadurch wird die Leistungsfähigkeit des so gebildeten Austau­ schers vermindert.

Darüber hinaus sind zwei Öffnungen vorgesehen, die sich als unzureichend erweisen, denn es können wei­ terhin Luftblasen in Bereichen vorhanden sein, die einen Abstand zu den genannten Öffnungen aufweisen, wobei diese Luftblasen zwischen den Wänden der Rohre und der Traversen sowie dem Hartlot eingeschlossen sind.

Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die oben­ erwähnten Nachteile zu beseitigen, indem ein Wärme­ austauscher geschaffen wird, der eine aus Traverse und Rohr bestehende Einheit enthält, welche die vollständige Beseitigung eventuell in der Einheit befindlicher Blasen zuläßt.

Gemäß der Erfindung enthält ein Wärmeaustauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, ein Rippenrohrbün­ del mit einer Vielzahl von Einheiten aus Rohrelemen­ ten, wobei die genannten Einheiten durch Verschach­ telung eines der Rohrelemente in dem anderen der Elemente und durch eine feste Verbindung zwischen den genannten Elementen zustande kommt, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Rohrelemente einen Teil mit einem Querschnitt von polygonaler Form aufweist, der in das andere der Rohrelemente mit kreisförmigem Querschnitt hineinpaßt.

Dank der Erfindung entsteht beim Zusammenbau der Traversen mit den Rohren eine Vielzahl von Luftab­ führkanälen in Höhe der zusammengebauten Teile, wobei diese Kanäle die freie Zirkulation des Kälte­ mittels im Innern des so gebildeten Rohrkreislaufs in keiner Weise stören und wobei eine regelmäßig am Kreisumfang verteilte Abführung der Luftblasen mög­ lich wird.

Die übrigen Vorteile und Merkmale der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die als Beispiel gegeben wird und worin auf die beige­ fügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die folgen­ des darstellen:

Fig. 1 ist eine schematische Teilansicht eines Wärmeaustauschers.

Fig. 2 ist eine schematische Teilansicht entlang der Linie A-A aus Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Variante der Fig. 2.

Fig. 4 zeigt den Wärmeaustauscher während des Vorgangs der festen Verbindung.

Fig. 5 zeigt eine vorzuziehende Ausführungsart der Erfindung.

Fig. 6 ist eine Teilschnittansicht entlang der Linie B-B aus Fig. 5.

Fig. 7 ist eine Teilschnittansicht entlang der Linie C-C aus Fig. 6 und zeigt ein Element des Wär­ meaustauschers gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Wärmeaustauscher, wie z. B. einen Austauscher für die Zirkulation eines Phasenumwand­ lungsmediums, allgemein als Verdampfer oder Konden­ sator bezeichnet.

Dieser Austauscher besteht aus einem Bündel 1 von Rohren 2 mit Rippen 3, wobei das genannte Bündel Rohrsätze 2 enthält, die jeweils nur aus zwei Rohren bestehen können, die beispielsweise nadelförmig um­ gebogen sind, oder aus Sätzen von zwei Rohren, wobei die Rohre, die jeweils einen Satz bilden, durch U-förmig gebogene Rohre 4, nachstehend als Traversen bezeichnet, miteinander verbunden sind.

Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird davon aus­ gegangen, daß das erste Rohrelement aus den Rohren 2 besteht und daß das zweite Rohrelement aus den Tra­ versen 4 besteht, wobei jedoch auch die umgekehrte Anordnung in Betracht kommt.

Die freien Enden 5 der Rohrsätze 2 sind im Bereich der Einmündung so ausgebildet, daß eine erste Erwei­ terung 6 entsteht, welche eine konische Schulter 7 bildet, wobei sich die genannte Erweiterung durch eine zweite Erweiterung 8 mit größerem Durchmesser als die erste Erweiterung fortsetzt und wobei die genannte zweite Erweiterung in der Einmündung des freien Endes 5 endet.

Um den Zusammenbau der Rohrelemente zu bewirken, die einerseits aus den Rohrsätzen 2 und andererseits aus den geraden Teilen 9 der Traversen 4 bestehen, ist vorgesehen, jedes freie Ende 10 der Traversen 4 in das freie Ende 5 der Rohre 2 so einzustecken, daß die Einmündung des freien Endes 10 auf der konischen Schulter 7 der ersten Erweiterung 6 aufliegt.

Bei dieser Verschachtelung werden die freien Enden 10 der Traversen 4 in der ersten Erweiterung 6 justiert, und in Höhe des Zusammenbaus der beiden Rohrelemente 2 und 4 entsteht ein freier Raum 11 zwischen der Außenwand 12 des geraden Teils 9 der Traverse 4 und der Innenwand 13 der zweiten Erweite­ rung 8.

Der so gebildete Raum eignet sich zur Aufnahme eines Verbindungsmittels zwischen den beiden Rohrelementen 2 und 4, z. B. eines Hartlots, welches die dichte und feste Verbindung zwischen dem einen der Rohrelemente 2 mit dem anderen der Rohrelemente 4 ermöglicht.

Wie in Fig. 2 besser dargestellt, weist das freie Ende 10 der geraden Teile 9 der Traversen 4 in Höhe der Verschachtelung mit dem ersten erweiterten Teil 6 einen Teil 14 von polygonaler Form, hier hexagona­ ler Form, auf, so daß eine Vielzahl von Durchtritten 15 zwischen der Innenwand 16 der ersten Erweiterung 6 und der Außenseite der Flächen 17 des hexagonalen Teils 14 entsteht, wobei die größte diametrale Länge des Teils 14 im wesentlichen dem Innendurchmesser der Erweiterung 6 entspricht.

In der Praxis ist dieser hexagonale Teil 14 so aus­ gebildet, daß der Innendurchmesser des Rohrs 2 tan­ gential zur Innenseite jeder Fläche 15 des genannten hexagonalen Teils verläuft, was eine Kontinuität zwischen dem Rohr 2 und dem Teil 14 ermöglicht.

In einer vorzuziehenden Ausführungsform ist der hexagonale Teil 14 in Höhe der ersten Erweiterung 6 des freien Endes 5 des Rohrs 2 vorgesehen, wie dies besser in den Fig. 3 und 4 zu sehen ist.

Dank dieser Anordnung entfällt der Vorgang der Her­ stellung des hexagonalen Teils am freien Ende 10 der geraden Teile 9 der Traverse 4, und die Ausführung der ersten Erweiterung 6 kann dazu genutzt werden, diese polygonal, im vorliegenden Falle hexagonal 14, auszubilden.

Es wird nun insbesondere auf Fig. 3 Bezug genommen, und nach Verschachtelung des freien Endes 10 der geraden Teile 9 der Traverse 4, welches somit den gleichen Querschnitt hat wie der Rest der Traverse, sind in jedem freien Ende 5 der Rohre 2 und insbe­ sondere im ersten erweiterten Teil 6 von hexagonaler Form ebenfalls Durchtritte 15 vorhanden, die zwi­ schen der Außenseite der Wand 12 und der Innenseite jeder Fläche 17 des hexagonalen Teils 14 ausgebildet sind.

Ebenso bleibt nach der Verschachtelung der Raum 11 zwischen der Außenseite der Wand 12 der geraden Teile 9 der Traverse und der Innenseite der Wand 13 der zweiten Erweiterung 8 bestehen, und dieser ist dazu geeignet, anschließend für das dichte Verbin­ dungsmittel benutzt zu werden.

Die Verwendung der so entstandenen Durchtritte 15 wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert, die ein Ausführungsbeispiel für die Einbringung von Material für eine dichte Verbindung in den vorher definierten freien Raum 11 zeigt.

Somit ist jede Traverse 4 mit dem entsprechenden Rohrsatz 2 so verbunden, daß die freien Enden 10 auf justierte Weise mit den hexagonalen Teilen 14 ver­ schachtelt sind, die auf den ersten Erweiterungen 6 der Rohre 2 aufliegen.

Nach diesem Vorgang wird die so hergestellte Ver­ schachtelung in vertikaler Richtung in ein Lötbad eingetaucht, so daß das Lot in den zuvor beschriebe­ nen Raum 11 eindringen kann.

Bei dieser Bewegung wird die Luft, die sich zwischen der Verschachtelung der beiden Rohrelemente 2, 4 und dem in den Raum 11 eindringenden Lot befindet, zu den Durchtritten 15 hin gedrückt und kann durch die genannten Öffnungen entweichen und dann abgeführt werden.

Aufgrund dessen besteht nach dem gesamten Bad kei­ nerlei Gefahr einer Bildung von Lufttaschen oder Luftblasen im freien Raum 11.

Nunmehr wird auf die Fig. 5 bis 7 Bezug genommen, die ein weiteres vorzuziehendes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen und worin die gleichen Elemente eingesetzt werden, wie sie bisher beschrieben wur­ den, und die daher die gleichen Bezugszahlen tragen.

Im Falle der Fig. 5 bis 7 liegt der Teil 14, hier von hexagonaler Form, auf der ersten Erweiterung 6 des Endes 5 des Rohrs 2 auf, wobei die genannte Er­ weiterung eine konische Schulter 7 mit dem Rest des Rohrs bildet.

Wie in Fig. 7 besser erkennbar, setzt sich wenig­ stens ein Schnittpunkt zwischen zwei aufeinander­ folgenden Flächen 17 des Teils 14 in der konischen Schulter 7 fort, und dadurch entsteht in dieser Schulter ein Kanal 18.

Wie in Fig. 6 besser zu sehen, weisen die Schnitt­ punkte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flächen 17 des Teils 14 vorzugsweise keine scharfen Kanten mehr auf, sondern bestehen aus zylindrischen Wandteilen 19, wodurch diese aufeinanderfolgenden Flächen ver­ bunden werden.

Somit sind es drei zylindrische Wandteile 19, hier im Winkel von 120° zueinander angeordnet, die sich in einer konischen Schulter 7 fortsetzen, so daß Kanäle 18 entstehen.

Auf diese Weise stellen die Kanäle 18 eine Fortset­ zung der Wandteile 19 in der konischen Schulter 7 dar, so daß gleichmäßig verteilte Kanäle 18 entste­ hen.

Bei der Verschachtelung der Traverse 4 im Rohr 2 (Fig. 6) entstehen somit sechs Verbindungsöffnungen 15, von denen drei weiter vorn in Richtung des Rohr­ bündels durch die Kanäle 18 einmünden.

Auf diese Weise unterstützen die Kanäle 18 die Abführung der im Raum 11 eingeschlossenen Luft beim Einführen von Material für die dichte Verbindung im Raum 11, wie weiter oben beschrieben.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern umschließt alle Varianten.

Wie bereits erwähnt, können insbesondere die erste und zweite Erweiterung auf den geraden Teilen 9 der Traversen 4 sowie dem hexagonalen Teil 14 in der ersten Erweiterung aufliegen, wobei das Rohr 2 in diesem Falle einen kreisförmigen Querschnitt auf­ weist.

Claims (10)

1. Wärmeaustauscher, insbesondere für Kraftfahrzeu­ ge, enthaltend ein Bündel (1) von Rohren (2) mit Rippen (3), die eine Vielzahl von Rohrelementeinhei­ ten (2, 4) aufweisen, welche durch Verschachtelung eines ersten Rohrelements (2, 4) mit einem zweiten Rohrelement (4, 2) und durch eine feste Verbindung zwischen den genannten Rohrelementen zustandekommt, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Rohrelemente (2, 4) einen Teil von poly­ gonaler Form (14) aufweist, der in das andere Rohr­ element (4, 2) mit kreisförmigem Querschnitt hinein­ paßt.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil von polygonaler Form (14) einen hexagonalen Ouerschnitt hat.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Teil (14) am freien Ende (5) eines der Rohrelemente rohrförmig (2) ausgebildet ist.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Teil (14) auf den geraden Teilen (9) eines der rohr­ förmigen Elemente in Traversenform (4) aufliegt.

5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (14) in einer ersten Erweiterung (6) ausgebildet ist.

6. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (14) sich in Richtung des freien Endes (5, 10) des Rohrelements (2, 4) durch eine zweite Erweiterung (8) fortsetzt, die eine größere diame­ trale Länge aufweist als der Teil (14).

7. Wärmeaustauscher nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verschachtelung des Teils (14) eines der Rohrelemente (4, 2) mit dem anderen der Elemente (2, 4) die Schaffung von Verbindungsdurch­ tritten (15) erlaubt.

8. Wärmeaustauscher nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens ein Schnittpunkt von zwei aufeinanderfolgenden Flächen (17) des Teils (14) sich in Richtung einer Schulter (7) fortsetzt, die die erste Erweiterung (6) mit dem restlichen Rohr (2) begrenzt und dadurch einen Kanal (18) bildet.

9. Austauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittpunkte von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Flächen (17) des Teils (14) miteinander durch Teile mit zylindrischen Wänden (19) verbunden sind.

10. Austauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (18) auf dem Wandteil (19) aufliegt.