EP0253167B1 - Wärmetauscher, insbesondere Kältemittel-Verdampfer - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a heat exchanger, in particular a refrigerant evaporator according to the preamble of claim 1.
- Heat exchangers of this type have already been proposed by the applicant's older DE application P 35 02 619.7.
- Heat exchangers of this type have the advantage that, in contrast to heat exchangers with disk-shaped heat exchange bodies, the flat tubes do not have to be soldered or glued over their entire length, but only at their ends and at the connection openings, so that a significant simplification of manufacture can be achieved. Since in the proposed designs the flat tubes lie directly against one another with widened end parts, the arrangement of separate connecting tube sockets is also superfluous.
- each flat tube extends to the narrow longitudinal sides in the shape of an ogive to the bends on the longitudinal edges of the flat tube, so that it is then possible to extend the widened part over the entire tube width .
- Due to the pointed arch-shaped extension of the expansion towards the end regions the pipe material is stretched less there than in the middle of the parallel pipe walls. Overstretching with the risk of crack formation is therefore avoided.
- This configuration then makes it possible in a simple manner to insert turbulence inserts with the width of the flat tubes axially into the open tubes and then to fix them in a known manner. It is also advantageous that no deformation occurs in the narrow end areas, where the weld seam is generally located. This measure enables a higher heat exchange performance compared to pipes in which the turbulence insert does not fill the full pipe width.
- the expanded part extends only over part of the width of the flat tubes, but then a certain trick must be provided to provide the full-width turbulence insert in the flat tube.
- the turbulence insert is first inserted in a zigzag-shaped corrugated shape into the central region of an oval tube and that this tube is then pressed in parallel and permanently deformed in the region in which the turbulence insert is seated to an extent that the turbulence insert presses out of its corrugated shape into a flat, elongated shape.
- the flat tube is therefore only finished after inserting a turbulence insert.
- This method has proven to be very beneficial. It has the advantage that the turbulence insert used in this way is also fixed in the flat tube after the deformation of the plate-shaped central part of the initially oval tube.
- FIG. 1 to 3 show a heat exchanger (1) which is constructed from a plurality of flat tubes (2) which are placed directly next to one another and with their axes (5) aligned parallel to one another.
- the flat tubes (2) are placed next to one another with widened parts (2a, 2b) provided at the ends and take up heat exchange fins (3) between them, which for better heat dissipation of the in the drawing plane in Fig. 1 on the flat tubes (2nd ) flowing past serve a heat exchange medium, especially air.
- the widened part (2a) or (2b) of the flat tubes (2) is closed in the exemplary embodiment by caps (10) inserted on the end face. These caps are in the lower two tubes of FIG. 3rd omitted. It can be seen that the middle part (2c) of the flat tubes (2) is considerably narrower than the widened part (2a) and that the flat tubes provided with parallel walls have bends (8) in the area of their longitudinal edges, each of which extends into the parallel walls ( 4) pass over. It can also be seen from the figures that the widened part (2a) or analogously (2b) has openings (6, 6 ') in the parallel wall parts (4').
- Fig. 2 shows that the parallel walls (4 ') of the expanded part (2a) run approximately in the area between the boundary lines (11) and that from these boundary lines to the outside, where less material is deformed by the ogival shape, expedient end wall parts (12) which run obliquely outwards remain, while in the area between the boundary lines (11) there is a lower lying area.
- This configuration ensures that even in the middle area, ie. H. in the area of the walls (4 ') the material stretch can be kept within the permissible range.
- FIG. 4 to 7 show another embodiment of a flat tube for a refrigerant evaporator, which is also provided with a turbulence insert (70), but is produced in a different way.
- the end regions of a flat tube are not widened, but instead, as the upper part of FIG. 4, a tube (20 ') with an oval cross section is selected as the starting material, the walls (40) of which are at a distance (b) from one another .
- This oval tube has the length (B ').
- a turbulence insert (70 ') in corrugated or zigzag shape is now inserted into an oval tube (20') designed in this way.
- This turbulence insert (70 ') has an overall length which is dimensioned such that it corresponds to the length (B) of the deformed part after the deformation of the tube (20') described below.
- This turbulence insert (70 ') with the length (B) is therefore, as the upper part of FIG. 4 shows, first inserted axially into the tube (20), to the extent that it occupies the area (21) (see FIG 5 and 6), which is then to be deformed. Once this has been done, this central region (21) is pressed together by rolling or pressing, in such a way that in this region the tube (20 ') receives the thickness (d) and the width (B).
- This flat tube (20) designed in this way therefore has widened end regions which do not have the full width (B).
- the turbulence insert (70) over the full length of the width (B), which, due to the deformation process, both assumes its extended position according to FIG. 4 and is secured axially in this position.
- the parts (20a) and (20b) remaining as a result of this deformation process and widened with respect to the region (21) can be provided with openings similar to the openings (6) of the embodiment in FIGS. 1 to 3. In the exemplary embodiment, however, they are each provided with two openings (60) and (60 '), which, when placed one against the other, establish the connection between the individual flat tubes (20).
- outlets (61) projecting outward at the openings (60) are produced, for example, by a suitable stamping process.
- This embodiment then has the advantage that only one type of flat tube (20) is required to build a flat tube evaporator or flat tube heat exchanger, which are soldered to one another.
- the nozzles (61) are dimensioned so that they fit into the openings (60 ').
- the open pipe ends are closed by inserted caps (10).
Description
- Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Kältemittel-Verdampfer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Wärmetauscher dieser Art sind durch die ältere DE-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 Wärmetauschkörpern 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 Wärmetauscherbauarten jedoch, daß sich die Aufweitungen an den Rohrenden nicht über die ganze Rohrbreite erstrecken lassen, weil bei der Herstellung einer solchen Aufweitung Risse durch Materialüberstreckung, 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 vorgeschlagenen Wärmetauschern würde nur das Einschieben von Turbulenzeinlagen erlauben, die nur einen Teil der Rohrbreite ausfüllen. Das Wärmeaustauschmittel würde in einem solchen Fall an den Turbulenzeinlagen außen vorbeiströmen, so daß der den Wärmeübergang verbessernde Effekt einer Turbulenzeinlage nicht erfüllt wäre.
- Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß in dem zwischen den aufgeweiteten Teilen der Rohre liegenden Bereich Turbulenzeinlagen vorgesehen werden können, welche die gesamte Rohrbreite ausfüllen.
- Dies kann gemäß dem Patentanspruch 1 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 Endbereichen, wo im allgemeinen die Schweißnaht liegt, keine Verformung auftritt. Durch diese Maßnahme wird eine höhere Wärmetauschleistung gegenüber Rohren ermöglicht, bei denen die Turbulenzeinlage nicht die volle Rohrbreite ausfüllt.
- Bei einer anderen Ausführungsform gemäß dem Patentanspruch 4 ist es auch möglich, daß sich der aufgeweitete Teil nur über einen Teil der Breite der Flachrohre erstreckt, wobei dann allerdings ein gewisser Kniff vorgesehen 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 Turbulenzeinlage 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 Einsetzen einer Turbulenzeinlage fertiggestellt. Diese Methode hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen. Sie bringt den Vorteil mit sich, daß die so eingesetzte Turbulenzeinlage nach der Verformung des plattenförmigen Mittelteiles des zunächst ovalen Rohres auch in dem Flachrohr fixiert ist.
- In der nachfolgenden Beschreibung werden an Hand der Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen 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 111, wobei nur ein Teil der oberen Stirnenden der Rohre in offenem Zustand gezeigt ist,
- Fig. 4 die schematische Darstellung des Herstellungsvorganges für ein Flachrohr, bei dem die Turbulenzeinlage vor dem Verformen des Mittelteiles eingesetzt ist,
- Fig. 5 die teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines nach dem in Fig. 4 skizzierten Verfahren hergestellten 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 Richtung 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) aufgebaut ist. Die Flachrohre (2) sind mit aufgeweiteten, jeweils an den Enden vorgesehenen Teilen (2a, 2b) 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 (2a) bzw. (2b) 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 (2c) der Flachrohre (2) wesentlich schmäler ist als der aufgeweitete Teil (2a) und daß die mit parallelen Wänden versehenen Flachrohre im Bereich ihrer Längskanten Krümmungsbogen (8) besitzen, die jeweils in die parallelen Wände (4) übergehen. Aus den Fig. ist auch zu erkennen, daß der aufgeweitete Teil (2a) bzw. analog (2b) 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 spitzbogenförmig verlaufen. Die Materialdehnung beim Aufweiten der Teile (2a, 2b) 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 entsprechenden 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 aneinandersetzen 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 (2a) in etwa im Bereich zwischen den Grenzlinien (11) verlaufen und daß von diesen Grenzlinien aus nach außen, wo durch die spitzbogenförmige Ausbildung weniger Material verformt 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 Materialstreckung 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 Endbereiche 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 Turbulenzeinlage (70') mit der Länge (B) wird daher zunächst, wie der obere Teil der Fig. 4 zeigt, axial in das Rohr (20) eingeschoben, 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 (20a) und (20b) 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 beispielsweise 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 Ausführungsformen, durch eingesetzte Kappen (10) verschlossen.
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