DE4305060C2 - Gelöteter Wärmetauscher, insbesondere Verdampfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen gelöteten Wärmetauscher, insbe­ sondere einen Verdampfer für eine Fahrzeug-Klimaanlage, mit einem Rohr-Rippen-Block, der in zwei oder mehr Reihen hinter­ einander angeordnete Flachrohre enthält, deren Rohrenden in Sammelkanälen münden.

Bei einem bekannten Wärmetauscher der eingangs genannten Art (EP 0 325 844 A1) münden die Flachrohre in Sammelkanälen, die aus einzelnen, parallel nebeneinander angeordneten Rohren be­ stehen. Die Einzelrohre sind mittels Löten o. dgl. miteinander verbunden. Anstelle einzelner Rohre können bei der bekannten Bauart auch extrudierte Mehrkammerrohre verwendet werden. Die Enden dieser Sammelkanäle sind an quer zu ihren Stirnseiten verlaufende Sammelrohre angeschlossen. Bei einer ähnlichen Bauart (EP 0 442 646 A2) sind die Sammelrohre, an die die einzelnen Sammelkanäle angeschlossen sind, mittels Querwänden unterteilt, um einen vorgeschriebenen Strömungsverlauf für das Wärmetauschmedium zu verwirklichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszbilden, dass sich der Strö­ mungsverlauf innerhalb des Wärmetauschers mit geringem Auf­ wand gestalten lässt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass für die Rohrenden der Flachrohre aller Reihen gemeinsame Sammelkästen vorgesehen sind, die in Längsrichtung mittels Längstrennwänden in Sam­ melkanäle unterteilt sind, die zum Bilden vorbestimmter Strö­ mungswege dadurch untereinander verbunden sind, dass eine oder mehrere der Längstrennwände über wenigstens einen Län­ genabschnitt mit einem Strömungsübergang versehen sind.

Auf diese Weise lässt sich der Strömungsverlauf innerhalb des Wärmetauschers gestalten, indem innerhalb der Sammelkästen Querverbindungen zwischen den einzelnen Sammelkanälen vorge­ sehen werden, ohne dass ein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist. Diese Querverbindungen, die keine zusätzlichen Elemente erfordern, liegen innerhalb der Sammelkästen, so dass dadurch keine Stellen entstehen, die nach außen abgedichtet sein müs­ sen. Die Sammelkanäle können den Reihen von Flachrohren zuge­ ordnet und die Längstrennwände können in die Sammelkanäle eingesetzt sein.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass in einem der Sammelkanäle wenigstens eine Quertrennwand eingesetzt ist. Auf diese Weise lässt sich der Strömungsverlauf inner­ halb des Wärmetauschers noch flexibler gestalten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass wenigstens einer der gemeinsamen Sammelkästen aus einer als Boden dienenden Blechschale und einer als Deckel dienenden Blechschale zusammengefügt ist und die als Boden dienende Blechschale mit die Enden der Flachrohre aufnehmenden Ausspa­ rungen versehen ist.

Dadurch sind die erfindungsgemäßen Sammelkästen einfach her­ stellbar, wobei unter Beibehaltung des Grundprinzips eine große Flexibilität bezüglich der Länge und der Breite dieser Sammelkästen gegeben ist. Die Aussparungen zum Aufnehmen der Flachrohre lassen sich einerseits einfach und andererseits sehr genau in der als Boden dienenden Blechschale anbringen, so dass eine dichte Verbindung zwischen den Flachrohren und dem Sammelkasten verwirklicht wird. Die Sammelkanäle der Rei­ hen von Flachrohren bilden eine Baueinheit, so dass keine zu­ sätzlichen Maßnahmen getroffen werden müssen, um diese Sam­ melkanäle zusammenzuhalten. Damit ist eine einfache Herstel­ lung möglich, wobei einerseits eine große Flexibilität bezüg­ lich realisierbarer Abmessungen erhalten wird und anderer­ seits auch die Gefahr von undichten Stellen verringert wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß in der als Boden dienenden Blechschale zur Aufnahme der Flachrohre Durchzüge angebracht sind. Mittels derartiger Durchzüge lassen sich in einfacher Weise Verbindungen zu den Flachrohren her­ stellen, die nach dem Verlöten eine hohe Dichtheit aufweisen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die als Boden dienende Blechschale und/oder die als Deckel die­ nende Blechschale mit in Längsrichtung verlaufenden, rillenar­ tigen Vertiefungen versehen sind, zwischen denen die Längs­ trennwände angeordnet sind. Diese rillenartigen Vertiefungen, die bevorzugt eine teilzylindrische Gestalt besitzen, führen zu einer hohen Druckfestigkeit.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine Frontansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,

Fig. 2 einen Seitenansicht in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht von oben in Richtung des Pfeiles III der Fig. 1,

Fig. 4 unterschiedliche Längstrennwände, die in die Sammel­ kästen eingesetzt werden,

Fig. 5 eine Ansicht einer Quertrennwand und

Fig. 6 eine Ansicht eines Abschlußbleches zum Verschließen der Sammelkästen.

Der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Wärmetauscher dient insbeson­ dere als Verdampfer einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug. Der Wärmetauscher enthält einen Rohr-Rippen-Block (10), der in drei hintereinander liegenden Reihen (11, 12, 13) angeordnete Flachrohre (14) aufweist. Die in bekannter Weise aus lotplat­ tiertem Blech aus Aluminium hergstellten Flachrohre (14) sind in bekannter Weise mit Turbulenzeinlagen versehen. Zwischen den Flachrohren (14) sind Rippen (15) angeordnet, die ebenfalls aus lotplattiertem Aluminiumblech bestehen. Während die Flachrohre (14) der Reihen (11, 12, 13) jeweils in einem Abstand hinter­ einander angeordnet sind, erstrecken sich die Rippen (15) über die gesamte Tiefe des Rohr-Rippen-Blockes (10). Das obere und das untere Ende des Rohr-Rippen-Blockes (10) ist jeweils durch ein Abdeckblech (16) abgedeckt. Bei einer abgewandelten Ausfüh­ rungsform sind die Flachrohre (14) extrudierte Mehrkammerrohre. Diese extrudierten Flachrohre sind nicht lotplattiert, so daß Lotmaterial an den Stellen aufgetragen wird, an denen es benö­ tigt wird.

Die bei dem Ausführungsbeispiel horizontal verlaufenden Flach­ rohre (14) münden mit ihren Enden in einander gegenüberliegenden Sammelkästen (17, 18), die vertikal ausgerichtet sind. Die Sammelkästen (17, 18) enthalten einzelne Sammelkanäle (19, 20, 21), die jeweils einer Reihe (11, 12, 13) von Flachrohren (14) zugeordnet sind.

Die Sammelkästen (17, 18) bestehen jeweils aus einer als Boden dienenden Blechschale (22) und einer als Deckel dienenden Blechschale (23). Die als Boden dienende Blechschale (22) um­ greift mit ihren im wesentlichen geradlinig und eben verlaufen­ den Längsrändern die ebenfalls eben und gradlinig verlaufenden Längsränder der Blechschalen (23), so daß zwischen den aus lot­ plattierten Aluminiumblechen hergestellten Blechschalen (22 und 23) eine sichere und dichte Verlötung im Bereich der Längskan­ ten vorhanden ist. Die jeweils als Boden dienenden Blechschalen (22) sind mit Aussparungen versehen, in welche die Enden der Flachrohre (14) eingesteckt sind. Diese Aussparungen werden bevorzugt als Durchzüge ausgebildet, d. h. sie weisen eine kragen­ artige Einfassung auf, so daß auch hier eine sichere und flä­ chige Verlötung durchgeführt wird. Die Blechschalen (22, 23) sind mit in Längsrichtung verlaufenden rillenartigen Vertiefun­ gen versehen, die jeweils einer Reihe (11, 12, 13) der Flach­ rohre zugeordnet sind. Diese rillenartigen Vertiefungen besit­ zen bevorzugt einen teilzylindrischen Querschnitt. In entspre­ chender Weise sind die Blechschalen (23), die als Deckel die­ nen, mit rillenartigen Vertiefungen versehen. Zwischen diesen rillenartigen Vertiefungen befinden sich jeweils gerade, ebene Abschnitte. Im Bereich dieser Abschnitte sind Längstrennwände (24) angeordnet, die aus lotplattierten Blechstreifen aus Alu­ miniumblech bestehen (Fig. 4). Auf diese Weise werden einzelne Sammelkanäle (19, 20, 21) gebildet, die in Längsrichtung der Sammelkästen (17, 18) verlaufen und die eine angenähert zylind­ rische Gestalt aufweisen, so daß eine hohe Druckfestigkeit auch bei Verwendung von dünnwandigen Blechen erhalten wird.

Die Trennwände (24) sind mit zungenartigen Vorsprüngen (25) versehen, mit denen sie in entsprechende Aussparungen der als Deckel dienenden Blechschale (23) jedes Sammelkastens (17, 18) eingesteckt sind. Die Aussparungen der Blechschalen (23) können ebenfalls als Durchzüge ausgebildet werden.

Die Enden der Sammelkästen (17, 18) sind mittels Abdeckblechen (26) verschlossen, die in Fig. 6 noch einmal dargestellt sind. Die Abschlußbleche (26) befinden sich im Innern der Sammelkä­ sten (17, 18) etwas zurückgesetzt zu deren Ende. Sie weisen ei­ ne Kontur auf, die der Innenkontur der Blechschalen (22, 23) entspricht. Sie sind mit zungenartigen Ansätzen (27, 28) verse­ hen, mit denen sie in Aussparungen der Blechschalen (22, 23) im Bereich der zwischen den rillenartigen Vertiefungen befindli­ chen Stege eingreifen. Die Stirnenden der Trennwände (24) sto­ ßen gegen die Abschlußbleche (26) an. Die Abschlußbleche (26) sind mit Aussparungen (29) versehen, in die zungenartige Ansätze (30) der Trennwände (24) eingesteckt sind.

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist der Sammelkanal (21) des Sammelkastens (18) durch eine Quertrennwand (31) in seiner Längsrichtung unterteilt, d. h. in der Höhe. Diese Quertrennwand (31) ist in Fig. 5 in einer Ansicht dargestellt. Die aus einem Aluminiumblech hergestellte Quertrennwand (31) besitzt eine Au­ ßenkontur, die der Innenkontur des Sammelkanals (21) entspricht. Sie ist seitlich mit einem zungenartigen Ansatz (32) versehen, der in eine entsprechende Aussparung (33) einer Längstrennwand eingesteckt ist. Diese Aussparung (33) ist in Fig. 4 in der Längstrennwand (24') zu sehen.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, können wahlweise Längstrennwände (24) eingesetzt werden, die geschlossen sind, oder Längstrenn­ wände (24'), die über einen Abschnitt ihrer Länge mit einer Lo­ chung (34) versehen sind, oder Längstrennwände (24"), die über ihre gesamte Länge mit einer Lochung (35) versehen sind. Der Klarheit halber wird noch erwähnt, daß eine Quertrennwand (31) entsprechend Fig. 5 zum Unterteilen der beiden äußeren Sammel­ kanäle (19) oder (21) eingesetzt werden kann. Soll der mittlere Sammelkanal unterteilt werden, so wird eine abgeänderte Quer­ trennwand vorgesehen, die eine diesem mittleren Sammelkanal entsprechende Außenkontur aufweist und die mit einem Ansatz (32) versehen ist, der dann in eine der beiden Längstrennwände (24) hineinragt. Mit Hilfe von Quertrennwänden (31) und der ge­ schlossenen oder teilweise gelochten oder vollständig gelochten Längstrennwände (24, 24', 24") ist es möglich, den Strömungs­ verlauf innerhalb des Wärmetauschers vorzugeben und dabei - bei dem Einsatz als Verdampfer - in Strömungsrichtung entsprechend dem größer werdenden Volumen größere Querschnitte vorzusehen. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß mit Hilfe der nur über einen Abschnitt oder über die gesamte Länge gelochten Längstrennwände (24', 24") ein direkter Übergang des Mediums von einem Sammelkanal in den benachbarten Sammelkanal möglich ist, ohne daß zusätzliche äußere Verbindungsleitungen gelegt werden müssen. Dadurch ergibt sich auch nur ein relativ gerin­ ger Druckabfall bei dem Übergang von einem Sammelkasten zum nächsten Sammelkasten. Hier ist auch zu erwähnen, daß kleinere Leckagen zwischen den Längstrennwänden (24) und den Blechscha­ len (22, 23) oder zwischen den Quertrennwänden (31) noch tole­ riert werden können, da aufgrund derartiger Leckagen das Medium, insbesondere ein Kältemittel, nicht nach außen dringen kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 ist der Sammelkasten (18) mit einem Zulaufanschluß (36) und einem Ablaufanschluß (37) versehen. Hierzu weist die Blechschale nach außen gerich­ tete Durchzüge auf, in die Anschlußrohre eingelötet sind. Die Anschlüsse (36, 37), die bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel im unteren Bereich des Wärmetauschers angeordnet sind, können selbstverständlich auch an anderer Stelle vorgesehen werden, insbesondere auch im oberen Bereich des Wärmetauschers. Falls es aus Raumgründen notwendig sein sollte, so ist es auch ohne weiteres möglich, jeweils einen Anschluß (36) oder (37) auf der gegenüberliegenden Seite vorzusehen, d. h. an der als Deckel dienenden Blechschale (23) des Sammelkastens (17).

Der Wärmetauscher ist so ausgebildet, daß er durch Zusammen­ stecken zu der dargestellten Form vormontiert werden kann, wo­ nach er dann als Baueinheit in einen Ofen verbracht wird, in welchem das Verlöten erfolgt. Das Lotmaterial ist dabei bereits an den lotplattierten Elementen vorhanden. Bei einer Montage wird beispielsweise so vorgegangen, daß zunächst die Rippen (15) und die Flachrohre (14) mit den als Boden dienenden Blech­ schalen (22) zusammengefügt werden. Parallel dazu werden die als Deckel verwendeten Blechschalen (23) mit den Längstrennwän­ den (24, 24', 24") und den Quertrennwänden (31) sowie mit den Abschlußblechen (26) und den Anschlußrohren (36, 37) versehen. Dieser vormontierte Deckel wird dann mit den zugehörigen Blech­ schalen (22) zusammengefügt. Dabei dringen die zungenartigen Ansätze (27) in die entsprechenden Ausparungen der Schalen (22) ein.

Im vorstehenden ist der Aufbau der Sammelkästen (17, 18) anhand eines Beispiels dargestellt worden, das drei Reihen (11, 12, 13) von Flachrohren (14) besitzt. Das gleiche Konstruktionsprinzip ist jedoch auch anwendbar, wenn nur zwei Reihen von Flachrohren oder mehr als drei Reihen von Flachrohren verwendet werden.

Der Wärmetauscher kann nicht nur als Verdampfer einer Klimaanla­ ge eingesetzt werden, sondern beispielsweise auch als Ölkühler. Hierbei sind die Rohrquerschnitte an das zähere Medium Öl anzu­ passen. Darüber hinaus kann der Wärmetauscher auch für einen kombinierten Einsatz ausgelegt werden, wobei er Bestandteil von zwei oder mehreren Kühlkreisläufen ist. Beispielsweise ist es möglich, die Sammelkästen mittels Quertrennwänden (31) und ge­ lochten oder ungelochten Längstrennwänden (24, 24', 24") sowie zusätzlichen Anschlüssen in einen Verdampferteil und einen Öl­ kühlerteil aufzuteilen. In diesem Fall ist es natürlich notwen­ dig, dass die Quertrennwände (31) absolut dicht eingelötet sind, damit die unterschiedlichen Medien getrennt voneinander bleiben.

Claims (12)

1. Gelöteter Wärmetauscher, insbesondere Verdampfer für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, mit einem Rohr-Rippen-Block, der in zwei oder mehr Reihen hintereinander angeordnete Flachrohre enthält, deren Rohrenden in Sammelkanälen münden, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rohrenden der Flachrohre (14) aller Reihen (11, 12, 13) gemeinsame Sammelkästen (17, 18) vorgesehen sind, die in Längsrichtung mittels Längstrennwänden in Sammelkanäle (19, 20, 21) unterteilt sind, die zum Bilden vorbestimmter Strömungswege dadurch untereinander verbunden sind, dass eine oder mehrere der Längstrennwände (24) über wenigstens einen Längenabschnitt mit einem Strömungsübergang (34, 35) versehen sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einen der Sammelkanäle (19, 20, 21) we­ nigstens eine Quertrennwand (31) eingesetzt ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass wenigstens einer der gemeinsamen Sammelkästen (17, 18) aus einer als Boden dienenden Blechschale (22) und einer als Deckel dienenden Blechschale (23) zusammengefügt ist und die als Boden dienende Blechschale (22) mit die Enden der Flachrohre (14) aufnehmenden Aussparungen versehen ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der als Boden dienenden Blechschale (22) zur Aufnahme der Flachrohre (14) Durchzüge angebracht sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die als Boden dienende Blechschale (22) und/oder die als Deckel dienende Blechschale (23) mit in Längsrichtung verlaufenden, rillenartigen Vertiefungen verse­ hen sind, zwischen denen die Längstrennwände (24) angeordnet sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den rillenförmigen Vertiefungen ebene Stege be­ lassen sind, in deren Bereich die Längstrennwände (24) ange­ ordnet sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längstrennwände (24) mit zungenarti­ gen Vorsprüngen (25) versehen sind, die in Aussparungen we­ nigstens einer der Blechschalen (23) eingesteckt sind.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Quertrennwand (31) mit wenigstens einem zungenartigen Ansatz (32) versehen ist, der in eine Aussparung (33) einer Längstrennwand (24) oder einer der Blechschalen (22, 23) eingesteckt ist.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Blechschalen (22, 23) sich mit ihren Längsrändern übergreifen.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Sammelkastens (17, 18) mit Abschlussblechen (26) versehen sind, die die Sammelkanäle (19, 20, 21) verschließen.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussbleche (26) innen in die Enden des Sammel­ kastens (17, 18) eingesetzt sind und mit zungenartigen Ansät­ zen (27, 28) in Aussparungen wenigstens einer der Blechscha­ len (22, 23) eingesteckt sind.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Abschlussbleche (26) mit Aussparungen (29) versehen sind, in die zungenartige Ansätze (30) der Längs­ trennwände (24) eingesteckt sind.