EP1229295B1

EP1229295B1 - Wärmeübertrager - Rohrblock mit mehreren geschlitzen Sammelrohren

Info

Publication number: EP1229295B1
Application number: EP01130534A
Authority: EP
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Demuth; Martin Dipl.-Ing. Kotsch; Hans-Joachim Dipl.-Ing. Krauss; Hagen Dipl.-Ing. Mittelstrass; Harald Dipl.-Ing. Raiser; Jochen Schumm; Michael Sickelmann; Karl Heinz Dipl.-Ing. Staffa; Christoph Dipl.-Ing. Walter
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: JP2002228388A; ATE341744T1; US6484796B2; US20020112849A1; DE10105202A1; EP1229295A2; EP1229295A3; DE50111146D1; JP3974406B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager-Rohrblock mit wenigstens zwei im Querschnitt C-förmigen Sammelrohren, die jeweils einen durchgehenden Längsschlitz aufweisen, und mit in die Sammelrohrlängsschlitze eingesteckten Flachrohren. Rohrblöcke dieser Art werden beispielsweise für Wärmeübertrager in Kraftfahrzeug-Klimaanlagen eingesetzt.
In der Offenlegungsschrift DE 198 46 267 A1 ist ein derartiger Wärmeübertrager-Rohrblock beschrieben, der einen Stapel geradliniger Flachrohre beinhaltet, die endseitig in je einen Längsschlitz zweier Sammelrohre eingesteckt sind, welche parallel entlang zweier sich gegenüberliegender Blockseiten angeordnet sind. Die Sammelrohre können aus einem jeweiligen Rohrrohling, in den der durchgehende Längsschlitz durch Fräsen oder dergleichen eingebracht wird, oder durch Rundbiegen eines jeweiligen Blechstreifens in die gewünschte C-Querschnittsform gefertigt sein. Als stirnseitiger Abschluss ist auf die betreffende Stirnseite des Sammelrohrs eine becherförmige Hülse aufgeschoben, die zum einen mit ihrem Boden das Sammelrohr axial abdeckt und zum anderen mit einem entsprechenden Seitenwandbereich einen gegebenenfalls noch frei gebliebenen, nicht von den eingesteckten Flachrohrenden ausgefüllten Teil des Längsschlitzes radial abdeckt.
In bestimmten Anwendungsfällen werden mehrere Sammelrohre nah beieinander angeordnet. So offenbart die Offenlegungsschrift DE 197 29 497 A1 einen Verdampfer-Rohrblock mit serpentinenförmigen Flachrohren, die mit ihren Enden in ein gemeinsames Anschlussrohr eingefügt sind, das zwei parallele, aneinandergrenzende Sammelrohre als integrierte Bestandteile enthält, von denen wie üblich das eine als eigentlicher Sammelrohrkanal und das andere als Verteilerrohrkanal fungiert.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines neuartigen Wärmeübertrager-Rohrblocks der eingangs genannten Art zugrunde, der sich mit verhältnismäßig geringem Aufwand mit der geforderten Fluiddichtheit und Druckfestigkeit herstellen lässt.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Wärmeübertrager-Rohrblocks mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der erfindungsgemäße Rohrblock beinhaltet ein Abschlussplattenelement, das mehrere C-förmige Öffnungen aufweist und auf eine Endseite der wenigstens zwei Sammelrohre aufgesteckt ist, wobei jedes dieser Sammelrohre fluiddicht in jeweils eine der Öffnungen eingefügt ist. Die zum C-förmigen Sammelrohrquerschnitt passende C-Kontur der Öffnungen ermöglicht problemlos das fluiddichte Einfügen der Sammelrohre in die Öffnungen, indem das Abschlussplattenelement auf die Sammelrohre aufgeschoben wird und dabei das jeweilige Sammelrohr durch die zugehörige Öffnung hindurchtritt, wonach der verbleibende Spalt zwischen Sammelrohr und Öffnungsrand beispielsweise mittels Löten fluiddicht verschlossen wird.
Da die Sammelrohre einen durchgehenden Längsschlitz aufweisen, können sie, wenn gewünscht, ohne spanende Rohrbearbeitung allein durch einen Biegevorgang aus einem planen Rohling gefertigt werden.
Ein nach Anspruch 2 weitergebildeter Wärmeübertrager-Rohrblock beinhaltet ein weiteres Abschlussplattenelement, das mehrere Öffnungen zum Einfügen eines jeweiligen Sammelrohres aufweist und auf die andere Endseite der wenigstens zwei Sammelrohre aufgesteckt ist, wobei die Öffnungen so gestaltet sind, dass sie den inneren Strömungsquerschnitt der durchgesteckten Sammelrohre wenigstens teilweise frei lassen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1: eine Draufsicht auf einen Verdampfer-Rohrblock in Flachrohr-Serpentinenbauweise mit zwei benachbarten Sammelrohren,
Fig. 2: eine Detailschnittansicht eines Ausschnitts von Fig. 1 im Bereich der Sammelrohre,
Fig. 3: eine Schnittansicht längs der Linie III-III von Fig. 2,
Fig. 4: eine Draufsicht auf ein erstes, im Rohrblock der Fig. 1 bis 3 verwendetes Abschlussplattenelement und
Fig. 5: eine Draufsicht auf ein zweites, im Rohrblock der Fig. 1 bis 3 verwendetes Abschlussplattenelement.

Der in Fig. 1 dargestellte Rohr-/Rippenblock ist beispielsweise für einen Verdampfer einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage verwendbar, wobei er problemlos mit einer Druckfestigkeit ausgelegt werden kann, die für Anlagen benötigt wird, welche mit dem Kältemittel CO₂ arbeiten. Der Rohr-/Rippenblock ist vom Flachrohr-Serpentinentyp und beinhaltet zwei serpentinenförmige Mehrkammer-Flachrohre 1, 2, die nebeneinanderliegend zwischen zwei seitlichen Abschlussplatten 3, 4 angeordnet sind. Zwischen die einzelnen Serpentinenwindungen der Flachrohre 1, 2 sind in üblicher Weise wärmeleitende Wellrippen 5 eingebracht.
Im Blocklängsmittenbereich grenzen die beiden Serpentinenflachrohre 1, 2 mit ihren inneren Endabschnitten 1a, 2a mit Berührkontakt aneinander. Die beiden aneinandergrenzenden Flachrohrendabschnitte 1a, 2a münden an der in Fig. 1 oberen Blockseite in ein erstes Sammelrohr 6 mit C-förmigem Querschnitt. Die anderen, äußeren Endabschnitte 1b, 2b der beiden Serpentinenflachrohre 1, 2 sind an der oberen Blockseite herausgeführt, durch eine erste rechtwinklige Abwinklung aufeinander zu nach innen und im Blocklängsmittenbereich durch eine zweite Abwinklung nach unten geführt und in ein zweites Sammelrohr 7 mit C-förmigem Querschnitt eingefügt, das mit geringem Abstand über dem ersten Sammelrohr 6 parallel zu diesem angeordnet ist.
Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, sind die beiden äußeren Endabschnitte 1b, 2b der Serpentinenflachrohre 1, 2 in der gleichen Weise, wie die beiden inneren Endabschnitte 1a, 2a mit Berührkontakt aneinanderliegend von unten in das untere Sammelrohr 6 eingefügt sind, mit ihren abgewinkelten Enden mit Berührkontakt von oben in das obere Sammelrohr 7 eingefügt. Zwecks Dichtlötung ist zwischen die in die Sammelrohre 6, 7 eingesteckten, aneinandergrenzenden Flachrohrenden jeweils Lotfolie 8, 9 eingelegt.
Zur Aufnahme der Flachrohrenden weisen die Sammelrohre 6, 7 jeweils einen durchgehenden Längsschlitz 10, 11 auf. Letztere können fertigungstechnisch sehr einfach ohne spanende Bearbeitung dadurch realisiert werden, dass die beiden Sammelrohre 6, 7 durch einen umformenden Rundwalzprozess aus jeweils einem planen Blechstreifen gefertigt werden, der zu der gewünschten C-Querschnittsform unter Belassung des jeweiligen durchgehenden Längsschlitzes 10, 11 gebogen wird. Dies bringt eine Ersparnis an Arbeitsabläufen und vermeidet zudem die Gefahr, dass Späne in das Sammelrohrinnere gelangen und im späteren Betrieb zu Verstopfungen des Kältemittelkreislaufs führen können. Bevorzugt wird lotplattiertes Material für die Sammelrohre 6, 7 verwendet.
Wie insbesondere aus der Schnittdarstellung von Fig. 3 erkennbar, ist an jeder der beiden Sammelrohrstirnseiten je ein Abschlussplattenelement 12, 13 vorgesehen, die im gezeigten Beispiel als 8-förmige, gelochte Plättchen realisiert sind. Die Fig. 4 und 5 zeigen die beiden Abschlussplättchen 12, 13 in Einzeldarstellung. Daraus ist erkennbar, dass sie zur Erfüllung unterschiedlicher Zwecke verschieden gelocht sind.
Das eine, in Fig. 4 gezeigte Abschlussplättchen 12 ist mit zwei C-förmigen Durchstecköffnungen 14, 15 versehen, die der C-förmigen Querschnittskontur der Sammelrohre 6, 7 und in ihrer gegenseitigen Lage der relativen Lage der beiden Sammelrohre 6, 7 zueinander entsprechen. Dieses erste Abschlussplättchen 12 dient auf diese Weise als axial fluiddicht abschließendes Element. Dazu wird es auf die in Fig. 3 rechte Stirnseite der beiden parallel untereinanderliegenden Sammelrohre 6, 7 aufgeschoben, bis es seitlich gegen die in die Sammelrohre 6, 7 eingesteckten Flachrohrenden anliegt, wobei die Sammelrohre 6, 7 durch die querschnittskonturgleichen Durchstecköffnungen 14, 15 hindurchtreten.
Auf der gegenüberliegenden Seite wird in analoger Weise das andere Abschlussplättchen 13 auf die beiden Sammelrohre 6, 7 aufgesteckt, bis es seitlich gegen die in die Sammelrohre 6, 7 eingefügten Flachrohrenden anliegt, wie wiederum in Fig. 3 zu erkennen. Dieses zweite Abschlussplättchen 13 weist, wie aus Fig. 5 zu erkennen, im Unterschied zu den C-förmigen Durchstecköffnungen 14, 15 des ersten Abschlussplättchens 12 für jedes der beiden benachbarten Sammelrohre 6, 7 je eine kreisrunde Durchstecköffnung 16, 17 auf, deren Durchmesser in etwa dem Außendurchmesser der Sammelrohre 6, 7 entspricht. Dadurch treten die Sammelrohre 6, 7 beim Aufschieben des Abschlussplättchens 13 durch die jeweils zugehörige kreisrunde Durchstecköffnung 16, 17 hindurch.
Auf die durch diese Durchstecköffnungen 16, 17 durchgeschobenen Stirnenden der beiden Sammelrohre 6, 7 ist, wie in Fig. 3 dargestellt, je ein endseitig aufgeweitetes Anschlussrohr 18, 19 axial aufgeschoben. Dabei stoßen die Anschlussrohre 18, 19 mit ihrem Stirnende stumpf gegen das Abschlussplättchen 13 an, das seinerseits mit Stumpfstoß gegen die in die Sammelrohre 6, 7 eingefügten Flachrohrenden anliegt. Diese Stumpfstoßverbindungen füllen sich beim Lötprozess, in welchem der gesamte Rohrblockkomplex dichtgelötet wird, fluiddicht mit Lot. Dasselbe gilt für die fluiddichte Verbindung des anderen Abschlussplättchens 12 einerseits mit den Sammelrohren 6, 7 und andererseits mit den in diese eingesteckten Flachrohrenden. Dazu bestehen auch die Abschlussplättchen 12, 13 vorzugsweise aus lotplattiertem Material.
Die der C-Querschnittskontur der Sammelrohre 6, 7 entsprechende Lochung des in Fig. 4 gezeigten Abschlussplättchens 12 hat zur Folge, dass dieses mit seinen beiden, von den C-förmigen Durchstecköffnungen 14, 15 umgebenen Innenbereichen 12a, 12b den inneren Strömungsquerschnitt der Sammelrohre 6, 7 vollständig verschließt, d.h. dieses Abschlussplättchen dient als axiales Verschlusselement, welches die beiden Sammelrohre 6, 7 auf der in Fig. 3 rechten Stirnseite fluiddicht abschließt.
Im Gegensatz dazu lässt das andere Abschlussplättchen 13 mit seinen kreisrunden Durchstecköffnungen 16, 17 den inneren Strömungsquerschnitt der beiden Sammelrohre 6, 7 frei, so dass auf der entsprechenden, in Fig. 3 linken Anschlussseite eine ungestörte Fluidverbindung jedes der beiden Anschlussrohre 18, 19 mit dem zugehörigen Sammelrohr 6, 7 gegeben ist. Mit dem jeweiligen Sammelrohr 6,7 stehen andererseits die parallelen Kammern der beiden Serpentinenflachrohre 1, 2 in Fluidverbindung. Auf diese Weise kann das verwendete Kältemittel über das eine Anschlussrohr und das zugehörige Sammelrohr parallel in die beiden Serpentinenflachrohre 1, 2 verteilt werden, wo es im Rohrblock je nach gewählter Anschlussrichtung von innen nach außen oder von außen nach innen strömt, um anschließend im anderen Sammelrohr wieder gesammelt und über das andere Anschlussrohr abgeführt zu werden.
Die obige Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels macht deutlich, dass sich der erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Rohrblock mit relativ geringem Aufwand fertigen lässt. Dazu trägt insbesondere bei, dass die Sammelrohre einen durchgehenden Längsschlitz aufweisen, was fertigungstechnisch einfach realisierbar ist und das Einfügen der Flachrohrenden sehr einfach macht, da keine Toleranzen in Axialrichtung beachtet werden müssen. Der axiale Abschluss wird vorteilhafterweise durch die beiden Abschlussplattenelemente bewirkt, die nach dem Einsetzen der Flachrohrenden in die Sammelrohrlängsschlitze auf die Sammelrohre aufgeschoben werden können.
Es versteht sich, dass sich der erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Rohrblock nicht nur für Verdampfer von Kraftfahrzeug-Klimaanlagen eignet, sondern für beliebige andere Wärmeübertrager mit einem Rohrblockaufbau mit mehreren Sammelrohren und darin eingesteckten Flachrohren. In weiteren, nicht gezeigten Realisierungen der Erfindung kann ein Rohrblock mit geradlinigen Flachrohren vorgesehen sein, und/oder es können mehr als zwei parallele Sammelrohre vorgesehen sein, wobei wenigstens ein axial abdichtendes Abschlussplattenelement, das funktionell dem Abschlussplättchen 12 von Fig. 4 entspricht, auf zwei oder gegebenenfalls auch mehr dieser Sammelrohre zwecks axialer Abdichtung aufgesteckt ist. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Abschlussplattenelement des Typs, bei dem der innere Strömungsquerschnitt der Sammelrohre wenigstens teilweise frei gelassen wird, wie dies beim Abschlussplättchen 13 von Fig. 5 der Fall ist, entfallen, wenn auf der Sammelrohranschlussseite eine entsprechend andere, herkömmliche Anschlussstruktur gewählt wird. Weiter versteht sich, dass die Abschlussplattenelemente je nach Anzahl aufzunehmender Sammelrohre mit einer entsprechenden Anzahl von Durchstecköffnungen des den Sammelrohr-Strömungsquerschnitt verschließenden oder frei lassenden Typs versehen sind. Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform beinhaltet mehrere in einer Blocktiefenrichtung senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 hintereinander angeordnete Rohrblockeinheiten der in Fig. 1 gezeigten Art, wobei sich die beiden Sammelrohre über die gesamte Blocktiefe erstrecken und gemeinsam von den hintereinanderliegenden Rohrblockeinheiten genutzt werden können.

Claims

Wärmeübertrager-Rohrblock mit
- wenigstens zwei im Querschnitt C-förmigen Sammelrohren (6, 7), die jeweils einen durchgehenden Längsschlitz (10, 11) aufweisen, und

- in die Sammelrohrlängsschlitze eingesteckten Flachrohren (1, 2),
gekennzeichnet durch

- ein Abschlussplattenelement (12), das mehrere C-förmige Öffnungen (14, 15) aufweist und auf eine Endseite der wenigstens zwei Sammelrohre aufgesteckt ist, wobei jedes dieser Sammelrohre fluiddicht in jeweils eine der Öffnungen eingefügt ist.
Wärmeübertrager-Rohrblock nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch ein weiteres Abschlussplattenelement (13), das auf die andere Endseite der wenigstens zwei Sammelrohre (6, 7) aufgesteckt ist, wobei es Öffnungen (16, 17) zum Einfügen eines jeweiligen Sammelrohres aufweist, die den inneren Sammelrohr-Strömungsquerschnitt wenigstens teilweise frei lassen.