EP2189747A2 - Wärmeübertrager mit zweiteiligem Sammelkasten - Google Patents

Wärmeübertrager mit zweiteiligem Sammelkasten Download PDF

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EP2189747A2
EP2189747A2 EP20090175944 EP09175944A EP2189747A2 EP 2189747 A2 EP2189747 A2 EP 2189747A2 EP 20090175944 EP20090175944 EP 20090175944 EP 09175944 A EP09175944 A EP 09175944A EP 2189747 A2 EP2189747 A2 EP 2189747A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
end faces
exchanger according
lid
webs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20090175944
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Hirsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP2189747A2 publication Critical patent/EP2189747A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions
    • F28F9/0214—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions having only longitudinal partitions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1 and an automotive air conditioning system.
  • Heat exchangers are used to transfer heat from one fluid to another fluid. For example, heat is transferred from a heat exchanger to the ambient air by a heat exchanger. This is used in particular in motor vehicles, in which the heat exchanger serves to deliver the heat released by the internal combustion engine waste heat to the ambient air.
  • the heat exchanger generally consists of two header boxes, between which a plurality of tubes is arranged. In the collecting boxes openings are introduced, in which the pipes open. The tubes are fluid-tightly connected to the openings of the collecting tanks.
  • a heat exchanger consisting of a two-part, consisting of a bottom and a lid, two longitudinal channels with a circular cross-section collecting box and flat tubes.
  • the flat tubes, pipe ends and the bottom have openings for receiving the pipe ends.
  • the bottom, lid and the flat tubes are soldered together.
  • the bottom and the lid are each made of a sheet metal plate or embossed.
  • contact surfaces are provided between the flat tubes, which surfaces have a planar surface and are soldered together. From the cross-sectional representations of the collecting tank shows that the bottom absorbs flat tubes, which extend with their end into the flow channel of the longitudinal channel and fill this almost half.
  • the US 5,172,761 shows a heat exchanger.
  • the collection box also consists of a bottom and a lid with longitudinal channels with elongated cross-section and flat tubes. The ends of the flat tubes extend into the flow channel of the longitudinal channel and occupy this almost half.
  • the bottom and the lid of the collecting tank have mutually contacting contact surfaces.
  • the lid is meandering, ie partially curved, formed. At the respective curved points of the lid, which abut against the opposite flat contact surface of the soil, the bottom and the lid are firmly bonded together. It can easily soldering problems occur at the contact surfaces in manufacturing inaccuracies because of the flat and curved contact surfaces, which generally lead to leaks.
  • the object of the present invention is to provide a heat exchanger available in which no leaks occur even in manufacturing inaccuracies.
  • the assembly of the collecting container should be able to be carried out easily with a low production cost.
  • the heat exchanger should be inexpensive to manufacture.
  • a heat exchanger with at least one two-part, consisting of a bottom and a lid, least a longitudinal channel having collecting tank with tubes which are inserted with its tube end in openings provided in the bottom and firmly connected to the ground, the bottom and the lid having opposite end faces, which are materially connected to each other, wherein the two opposite end faces are at least partially curved.
  • the system reliability between the opposite contact surfaces of the bottom and lid is substantially improved and it can be compensated in a simple way manufacturing inaccuracies in the production of the bottom and lid, since the curved surfaces can be at least partially always positioned so close to each other that the material connection means , in particular the solder, can be easily introduced between the contact surfaces and then connected to the opposing contact surfaces or, when fabricating the interfacial connection in a heating furnace, at least partially in direct contact with the curved surfaces so that they clad with an interfacial bonding agent , can be connected together cohesively.
  • the two opposite curved end faces thus also allow for manufacturing inaccuracies that either a gap is present or a direct contact is present in each case at the end faces. Since the insertion depth of the tubes is also limited with the aid of the curved contact surface, the free flow cross-section is increased in a simple manner.
  • the opposite end surfaces are formed complementarily curved, so that they can at least partially engage with each other.
  • At least one of the components of the heat exchanger is plated with a solder.
  • the faces must be in the immediate Contact, ie also the solder, so that a solder joint is formed in the heating furnace. This ensures that even with manufacturing inaccuracies, a perfect and thus fluid-tight connection between the bottom and lid is created.
  • the solder is introduced after joining the bottom and lid between the end faces.
  • the opposite end faces have a corresponding distance to each other after joining of the bottom and lid, so that the solder can be introduced between the opposing end faces and then subjected to a heat treatment.
  • the opposite curved end surfaces allow a positive connection or form positive locking elements, which facilitate the assembly of the bottom and lid, since the positive locking elements align and adjust the bottom and lid during assembly against each other or adjust.
  • the opposite curved end faces form interlocking elements connected directly or indirectly to one another. It is possible that at least parts of the interlocking elements lie directly against each other and other parts are arranged at a distance from each other, so that sufficient receiving space is formed for receiving the adhesive connection means. In addition, a positive connection between the end faces is possible.
  • the two opposite end faces form a space for receiving an adhesive connection means, so that it is easily possible to attach the adhesive connection means at a gap at the most important points of the contact surfaces, or in a direct contact of the end faces in the common heat treatment in a Heating oven from lid and Soil which is filled with an adhesive, e.g. As solder, are plated in a simple, efficient and cost-effective manner to create a fluid-tight connection.
  • an adhesive e.g. As solder
  • the form-fitting elements webs with end faces, wherein the ends of the tubes end before or at least in the region of the end faces.
  • the ends of the tubes are at least partially medium or directly at least against an end face of the webs.
  • At least the bottom and / or the lid of the collecting tank has at least one web which laterally delimits the at least one longitudinal channel and extends at least into the region of the opposite end face of the lid or bottom.
  • the webs can be used once as a stop surface and on the other also to limit the channels.
  • the bottom and the lid each have an edge part and the bottom in the region of the edge part at least one respective side element which engages over the edge part of the lid and bears against this medium or directly.
  • the floor can therefore be made simpler and thus cheaper to manufacture. Since the bottom in the region of the edge part has at least one side element in each case, the floor can be mounted easily and quickly, since it only needs to be pushed onto the cover.
  • At least the webs limit the insertion depth of the tubes in the openings.
  • the bottom for at least partially receiving the webs on bulges that help in the assembly of the bottom and cover that they align each other and thus adjusted.
  • the floor between two outer channels facing in the direction of the cover bearing part with a plan at least one recess having end face into which a centrally with respect to a longitudinal median plane of the bottom protrudes web, wherein in the corner region of the system part the two outer lying, the outer channels limiting webs each have a recess which are provided opposite the corner region of the system part.
  • the cohesive connection is a soldered and / or glued connection and the heat exchanger, in particular the base and / or the cover, consists of aluminum or of an aluminum alloy.
  • At least one of the webs which are preferably arranged on the lid and / or on the ground, serve as a mounting option for the bottom and / or the lid, wherein the bottom is formed such that the tubes outside of the Flow region of the channels end.
  • An automotive air conditioning system comprises the described heat exchanger.
  • Fig. 1 shows a partial view of a heat exchanger 1, which can be used for a condenser or gas cooler and which can preferably be found in an operated with the refrigerant CO 2 air conditioning of a motor vehicle use.
  • the heat exchanger 1 has - as is known - a heat exchanger network, of which only a flat tube 3 is partially shown here, which is taken with its pipe end 3a of a bottom 4 of a header 2. Between the flat tubes 3 are not shown corrugated fins to increase the air side heat exchange surface.
  • the collection box 2 has, in addition to the bottom 4 on a U-shaped lid 5, each having a rim portion 17, 18 has.
  • the bottom 4 has, in the region of an edge part 17, 18, at least one side element 15 each, 16, which engages over the edge part 17, 18 of the lid 5 and bears against this medium or directly.
  • the flat tubes 3 open at their respective ends 3a in the vertically arranged collection box 2, that is, there are two headers 2 each at the ends 3a of the flat tubes 3 available.
  • Fig. 1 only one collection box 2 is shown.
  • the collecting box 2 has for this purpose openings 10 (FIG. Fig. 1 ), through which the ends 3a of the flat tubes 3 protrude into the collecting box 2.
  • meander-shaped cooling fins are arranged between the flat tubes 3, which are in thermal communication with the flat tubes 3 by means of heat conduction. This increases the area available for cooling the refrigerant.
  • the flat tubes 3, the bottom 4 and the cover 5 of the two header boxes 2 are generally made of metal, in particular aluminum.
  • the bottom 4 and the cover 5 have opposite end faces 11, 12, which are connected to one another in a material-locking manner, in particular soldered to one another.
  • the two opposite end faces 11, 12 are advantageously at least partially curved or have a curved course. As a result, manufacturing inaccuracies in the assembly of the bottom 4 and the cover 5, in particular the opposite end faces 11, 12 are compensated.
  • the opposite end faces 11, 12 are formed complementary curved, so that they at least partially engage with each other and thereby partially against each other.
  • the end faces 11, 12 are designed so that after assembly between the end faces 11, 12 is in direct contact.
  • the opposite curved end faces 11, 12 form a positive connection or allow positive locking elements.
  • At least the indirectly interconnected interlocking elements form with their opposite surfaces a gap 6 for receiving a material connection means. 7
  • At least one of the components of the heat exchanger 1 is plated with a solder.
  • the end faces 11, 12 must be in direct contact, d. H. also the solder, so that a solder joint is formed in the heating furnace. This ensures that even with manufacturing inaccuracies, a perfect and thus fluid-tight connection between the bottom 4 and cover 5 is created.
  • the solder it is also possible for the solder to be introduced between the end surfaces 11, 12 after joining the bottom 4 and the cover 5 (not shown).
  • the opposite end faces 11, 12 have the corresponding gap 6 to each other after joining of the bottom 4 and lid 5, so that the solder between the opposite end faces 11, 12 introduced and then subjected to a heat treatment.
  • the bottom 4 and / or the cover 5 of the collecting tank 2 have at least one in the exemplary embodiment a plurality of webs 13, 14, the at least one longitudinal channel 8, 9 limit laterally and at least into the region of the opposite end face 11, 12 of the lid 5 and Floor 4 extend ( Fig. 2 . 3, 5 ). Between the longitudinal channels 8, 9 a not shown in the drawing transverse channel is arranged, which forms a passage to the longitudinal channels 8, 9.
  • the interlocking elements described above may be the webs 13 with the end faces 11, 12, wherein the ends 3a of the flat tubes 3 end before or at least in the region of the end faces 11, 12 of the webs 13.
  • the webs 13 are provided with the end faces 12, which are wedge-shaped or roof-shaped.
  • the bottom 4 has at least partial reception of the webs 13 and the wedge-shaped part of the webs 13 depressions or bulges 21.
  • the webs 13 and the bulges 21 form a positive connection during the assembly of the bottom 4 and the cover 5, so that they limit a mutual lateral displacement of the bottom 4 and the lid 5.
  • the base 4 between two outer channels 8 has a contact part 19 pointing in the direction of the cover 5, with a flat face 20 having at least one recess 21.
  • the recess 21 projects with respect to a longitudinal center plane or central axis 22 (FIG. Fig. 3 ) of the bottom 4 centrally provided web 13.
  • the longitudinal center plane 22 is a surface which extends on the central axis 22.
  • a curved recess 21 which is arranged opposite to the complementarily formed contact part 19 and the end faces 11, 12 form.
  • the two outer webs 14 each have a slightly larger cross-section than the middle web 13.
  • the webs 13, 14 limiting longitudinal channels 8 have according to this embodiment, an equal flow cross-section.
  • the bottom 4 is always formed in that the flat tubes 3 terminate outside the flow region of the channels.
  • the two opposite and curved end faces 11, 12 make it possible for the two end faces 11, 12 to be in contact, at least partially, even in the case of manufacturing inaccuracies, so that brazing of the solder-plated end faces 11, 12 in the heating furnace is possible.

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Abstract

Bei einem Wärmeübertrager (1) mit mindestens einem zweiteiligen, aus einem Boden (4) und einem Deckel (5) bestehenden, wenigsten einen Längskanal (8, 9) aufweisenden Sammelkasten (2) mit Rohren (3), die mit ihrem Rohrende (3a) in im Boden (4) vorgesehene Öffnungen (11) eingesteckt und fest mit dem Boden (4) verbunden sind, wobei der Boden (4) und der Deckel (5) gegenüberliegende Stirnflächen (11, 12) aufweisen, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind sollen auch bei Fertigungs-Ungenauigkeiten keine Undichtigkeiten auftreten. Der Zusammenbau des Sammelkastens (2) soll einfach mit einem geringen Fertigungsaufwand ausgeführt werden können. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen (11, 12) wenigstens teilweise gekrümmt sind, um Fertigungs-Ungenauigkeiten auszugleichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Kraftfahrzeugklimaanlage.
  • Wärmeübertrager dienen zur Übertragung von Wärme von einem Fluid auf ein anders Fluid. Beispielsweise wird von einem Wärmeübertrager Wärme aus einer Kühlflüssigkeit an die Umgebungsluft übertragen. Dies wird insbesondere in Kraftfahrzeugen genutzt, bei denen der Wärmeübertrager dazu dient, die von dem Verbrennungsmotor frei werdende Abwärme an die Umgebungsluft abzugeben. Der Wärmeübertrager besteht im Allgemeinen aus zwei Sammelkästen, zwischen denen eine Vielzahl an Rohren angeordnet ist. In den Sammelkästen sind Öffnungen eingebracht, in die die Rohre münden. Die Rohre sind fluiddicht mit den Öffnungen der Sammelkästen verbunden.
  • Aus der WO 2004/088234 A2 ist ein Wärmeübertrager bekannt, der aus einem zweiteiligen, aus einem Boden und einem Deckel bestehenden, zwei Längskanäle mit kreisförmigem Querschnitt aufweisenden Sammelkasten und Flachrohren besteht. Die Flachrohre, Rohrenden und der Boden weisen Öffnungen zur Aufnahme der Rohrenden auf. Der Boden, Deckel und die Flachrohre sind miteinander verlötet. Der Boden und der Deckel sind jeweils aus einer Blechplatine hergestellt bzw. geprägt. Im mittleren Längstrennwandbereich und der im Bereich der Flachrohre angeordneten Querkanäle sind zwischen den Flachrohren Kontaktflächen vorgesehen, die eine plane Oberfläche aufweisen und miteinander verlötet sind. Aus den Querschnittsdarstellungen des Sammelkastens geht hervor, dass der Boden Flachrohre aufnimmt, die sich mit ihren Ende bis in den Strömungskanal des Längskanals erstrecken und diesen fast zur Hälfte ausfüllen.
  • Die US 5 172 761 zeigt einen Wärmeübertrrager. Der Sammelkasten besteht ebenfalls aus einem Boden und einem Deckel mit Längskanälen mit länglichem Querschnitt und aus Flachrohren. Die Enden der Flachrohre erstrecken sich bis in den Strömungskanal des Längskanals und nehmen diesen fast zur Hälfte ein. Im mittleren Längstrennwandbereich weisen der Boden und der Deckel des Sammelkastens gegeneinander anliegende Kontaktflächen auf. Der Deckel ist mäanderförmig, d. h. teilweise gekrümmt, ausgebildet. An den jeweils gekrümmten Stellen des Deckels, die gegen die gegenüberliegende flache Kontaktfläche des Bodens anliegen, sind der Boden und der Deckel stoffschlüssig miteinander verbunden. Es können leicht Lötprobleme an den Kontaktflächen bei Fertigungs-Ungenauigkeiten wegen der planen und gekrümmten Kontaktflächen auftreten, die im Allgemeinen zu Undichtigkeiten führen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Wärmeübertrager zur Verfügung zu stellen, bei dem auch bei Fertigungs-Ungenauigkeiten keine Undichtigkeiten auftreten. Der Zusammenbau des Sammelbehälters soll einfach mit einem geringen Fertigungsaufwand ausgeführt werden können. Ferner soll der Wärmeübertrager in der Herstellung preiswert sein.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Wärmeübertrager mit wenigstens einem zweiteiligen, aus einem Boden und einem Deckel bestehenden, wenigsten einen Längskanal aufweisenden Sammelkasten mit Rohren, die mit ihrem Rohrende in im Boden vorgesehene Öffnungen eingesteckt und fest mit dem Boden verbunden sind, wobei der Boden und der Deckel gegenüberliegende Stirnflächen aufweisen, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen wenigstens teilweise gekrümmt sind. Hierdurch wird die Anlagesicherheit zwischen den gegenüberliegenden Kontaktflächen von Boden und Deckel wesentlich verbessert und es können auf einfache Weise Fertigungs-Ungenauigkeiten bei der Herstellung von Boden und Deckel ausgeglichen werden, da die gekrümmten Flächen wenigstens teilweise stets so nah zueinander positioniert werden können, dass das Stoffschlussverbindungsmittel, insbesondere das Lötmittel, auf einfache Weise zwischen die Kontaktflächen eingebracht und dann mit den gegenüberliegenden Kontaktflächen verbunden werden kann oder bei einer Herstellung der Stoffschlussverbindung in einem Wärmeofen die gekrümmten Flächen wenigstens teilweise in einem unmittelbaren Kontakt stehen, so dass diese, da mit einem Stoffschlussverbindungsmittel plattiert, miteinander stoffschlüssig verbunden werden können. Die beiden gegenüberliegenden gekrümmten Stirnflächen ermöglichen somit auch bei Fertigungs-Ungenauigkeiten dass entweder ein Zwischenraum vorhanden ist oder ein unmittelbarer Kontakt jeweils an den Stirnflächen vorhanden ist. Da auch mit Hilfe der gekrümmten Kontaktfläche die Einschubtiefe der Rohre begrenzt wird, ergibt sich auf einfache Weise eine Vergrößerung des freien Strömungsquerschnitts.
  • In einer weiteren Ausgestaltung sind die gegenüberliegenden Stirnflächen komplementär gekrümmt ausgebildet, sodass sie wenigstens teilweise ineinander greifen können. Wenigstens eine der Komponenten des Wärmeübertragers ist mit einem Lot plattiert. Die Stirnflächen müssen im unmittelbaren Kontakt stehen, d. h. auch das Lot, damit im Wärmeofen eine Lötverbindung entsteht. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch bei Fertigungs-Ungenauigkeiten, eine einwandfreie und somit fluiddichte Verbindung zwischen Boden und Deckel geschaffen wird. Je nach Herstellungsverfahren ist es auch möglich, dass das Lötmittel nach Zusammenfügen von Boden und Deckel zwischen die Stirnflächen eingebracht wird. Hierzu ist es zweckmäßig, dass die gegenüberliegenden Stirnflächen nach Zusammenfügen von Boden und Deckel einen entsprechenden Abstand zueinander aufweisen, damit das Lötmittel zwischen die sich gegenüberliegenden Stirnflächen eingebracht und dann einer Wärmebehandlung unterzogen werden kann.
  • Insbesondere ermöglichen die gegenüberliegenden gekrümmten Stirnflächen eine Formschlussverbindung bzw. bilden Formschlusselemente, die den Zusammenbau von Boden und Deckel erleichtern, da die Formschlusselemente Boden und Deckel beim Zusammenfügen gegeneinander ausrichten bzw. justieren.
  • In einer zusätzlichen Ausführungsform bilden die gegenüberliegenden gekrümmten Stirnflächen mittel- oder unmittelbar miteinander verbundene Formschlusselemente. Es ist möglich, dass zumindest Teile der Formschlusselemente direkt gegeneinander anliegen und andere Teile mit Abstand zueinander angeordnet sind, sodass zur Aufnahme des Stoffschlussverbindungsmittels genügend Aufnahmeraum gebildet wird. Außerdem ist ein Formschluss zwischen den Stirnflächen möglich.
  • In einer Variante bilden die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen einen Zwischenraum zur Aufnahme eines Stoffschlussverbindungsmittels, sodass es auf einfache Weise möglich ist, das Stoffschlussverbindungsmittel bei einem Zwischenraum an den wichtigsten Stellen der Kontaktflächen anzubringen, oder um bei einem unmittelbaren Kontakt der Stirnflächen bei der gemeinsamen Wärmebehandlung in einem Wärmeofen von Deckel und Boden, die mit einem Stoffschlussverbindungsmittel, z. B. Lot, plattiert sind, auf einfache, rationelle und kostengünstige Weise eine fluiddichte Verbindung zu schaffen.
  • In einer zusätzlichen Ausführungsform sind die Formschlusselemente Stege mit Stirnflächen, wobei die Enden der Rohre vor oder wenigstens im Bereich der Stirnflächen enden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung liegen die Enden der Rohre wenigstens teilweise mittel- oder unmittelbar zumindest gegen eine Stirnfläche der Stege an. Hierdurch wird die Einschubtiefe der Rohre in die Öffnungen begrenzt und sichergestellt, dass der Strömungsquerschnitt der Kanäle nicht verringert wird.
  • Vorzugsweise weist wenigstens der Boden und/oder der Deckel des Sammelkastens wenigstens einen Steg auf, der den wenigstens einen Längskanal seitlich begrenzt und sich wenigstens bis in den Bereich der gegenüberliegenden Stirnfläche des Deckels bzw. Bodens erstreckt. Somit können die Stege einmal als Anschlagfläche und zum anderen auch zur Begrenzung der Kanäle eingesetzt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform weisen der Boden und der Deckel jeweils ein Randteil und der Boden im Bereich des Randteils wenigsten jeweils ein Seitenelement auf, das das Randteil des Deckels übergreift und gegen dieses mittel- oder unmittelbar anliegt. Der Boden kann daher einfacher gestaltet und somit kostengünstiger hergestellt werden. Da der Boden im Bereich des Randteils wenigsten jeweils ein Seitenelement aufweist, kann der Boden leicht und schnell montiert werden, da er nur auf den Deckel geschoben zu werden braucht.
  • Insbesondere zur Erhöhung des Strömungsquerschnitts begrenzen wenigstens die Stege die Einschubtiefe der Rohre in den Öffnungen.
  • Vorzugsweise weist der Boden zur wenigstens teilweisen Aufnahme der Stege Ausbuchtungen auf, die beim Zusammenbau von Boden und Deckel dazu beitragen, dass sich diese gegenseitig ausrichten und damit justiert werden.
  • In einer zusätzlichen Ausführungsform weist der Boden zwischen zwei außen liegenden Kanälen ein in Richtung des Deckels zeigendes Anlageteil mit einer planen, wenigstens eine Vertiefung aufweisenden Stirnfläche auf, in die ein mit Bezug auf eine Längsmittelebene des Bodens mittig vorgesehener Steg ragt, wobei im Eckbereich des Anlageteils die beiden außen liegenden, die außen liegenden Kanäle begrenzenden Stege je eine Aussparung aufweisen, die gegenüber dem Eckbereich des Anlageteils vorgesehen sind.
  • In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die stoffschlüssige Verbindung eine Löt- und/oder Klebeverbindung und der Wärmeübertrager, insbesondere der Boden und/oder der Deckel, besteht aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist es vorteilhaft, dass wenigstens einer der Stege, die vorzugsweise am Deckel und/oder am Boden angeordnet sind, als Befestigungsmöglichkeit für den Boden und/oder den Deckel dienen, wobei der Boden derart ausgebildet ist, dass die Rohre außerhalb des Strömungsbereichs der Kanäle enden.
  • Eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugklimaanlage umfasst den beschriebenen Wärmeübertrager.
  • Im Nachfolgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Teilansicht eines Wärmeübertragers mit einem Sammelkasten mit Deckel und einem nur teilweise dargestellten Flachrohr, das in eine Öffnung eines Bodens eingesetzt ist,
    Fig. 2
    einen Längsschnitt des Sammelkastens mit einer Verschlusseinrichtung gemäß Fig. 1,
    Fig. 3
    ein zweites Ausführungsbeispiel des Sammelkastens im Längsschnitt,
    Fig. 4
    eine Teildraufsicht des Bodens des Sammelkastens gemäß Fig. 1 oder 3,
    Fig. 5
    eine perspektivische Teilansicht des Deckels des Sammelkastens und der die Längskanäle seitlich begrenzenden Stege.
  • Fig. 1 zeigt eine Teilansicht eines Wärmeübertragers 1, der für einen Kondensator bzw. Gaskühler eingesetzt werden kann und der bevorzugt in einer mit dem Kältemittel CO2 betriebenen Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs Verwendung finden kann. Der Wärmeübertrager 1 weist - wie an sich bekannt - ein Wärmeübertragernetz auf, von dem hier nur ein Flachrohr 3 teilweise dargestellt ist, das mit seinem Rohrende 3a von einem Boden 4 eines Sammelkastens 2 aufgenommen ist. Zwischen den Flachrohren 3 befinden sich nicht dargestellte Wellrippen zur Vergrößerung der luftseitigen Wärmeaustauschfläche.
  • Der Sammelkasten 2 weist neben dem Boden 4 einen U-förmig ausgebildeten Deckel 5 auf, der jeweils ein Randteil 17, 18 aufweist. Der Boden 4 weist im Bereich eines Randteils 17, 18 wenigsten jeweils ein Seitenelement 15, 16 auf, das das Randteil 17, 18 des Deckels 5 übergreift und gegen dieses mittel- oder unmittelbar anliegt.
  • Durch die horizontal angeordneten Flachrohre 3 strömt zu kondensierendes und zu kühlendes, in der Zeichnung nicht dargestelltes Kältemittel. Die Flachrohre 3 münden an ihren jeweiligen Enden 3a in den vertikal angeordneten Sammelkasten 2, d. h., es sind zwei Sammelkästen 2 jeweils an den Enden 3a der Flachrohre 3 vorhanden. In Fig. 1 ist nur ein Sammelkasten 2 dargestellt. Der Sammelkasten 2 weist hierzu Öffnungen 10 (Fig. 1) auf, durch die die Enden 3a der Flachrohre 3 in den Sammelkasten 2 ragen.
  • Zwischen den Flachrohren 3 sind nicht dargestellte mäanderförmige Kühlrippen angeordnet, die mittels Wärmeleitung mit den Flachrohren 3 in thermischer Verbindung stehen. Dadurch wird die Fläche vergrößert, die zum Kühlen des Kältemittels zur Verfügung steht. Die Flachrohre 3, der Boden 4 und der Deckel 5 der beiden Sammelkästen 2 bestehen im Allgemeinen aus Metall, insbesondere Aluminium.
  • Der Boden 4 und der Deckel 5 weisen gegenüberliegende Stirnflächen 11, 12 auf, die stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander verlötet, sind. Die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen 11, 12 sind in vorteilhafter Weise wenigstens teilweise gekrümmt bzw. weisen einen kurvenförmigen Verlauf auf. Dadurch können Fertigungs-Ungenauigkeiten beim Zusammenbau des Bodens 4 und des Deckels 5, insbesondere der gegenüberliegenden Stirnflächen 11, 12 ausgeglichen werden. Die gegenüberliegenden Stirnflächen 11, 12 sind hierzu komplementär gekrümmt ausgebildet, sodass sie zumindest teilweise ineinander greifen und dabei teilweise auch gegeneinander anliegen können. Die Stirnflächen 11, 12 sind dabei so beschaffen, dass nach der Montage zwischen den Stirnflächen 11, 12 unmittelbar Kontakt besteht.
  • Die gegenüberliegenden gekrümmten Stirnflächen 11, 12 bilden eine Formschlussverbindung bzw. ermöglichen Formschlusselemente. Wenigstens die mittelbar miteinander verbundenen Formschlusselemente bilden mit ihren gegenüberliegenden Flächen einen Zwischenraum 6 zur Aufnahme eines Stoffschlussverbindungsmittels 7
  • Wenigstens eine der Komponenten des Wärmeübertragers 1 ist mit einem Lot plattiert. Die Stirnflächen 11, 12 müssen im unmittelbaren Kontakt stehen, d. h. auch das Lot, damit im Wärmeofen eine Lötverbindung entsteht. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch bei Fertigungs-Ungenauigkeiten, eine einwandfreie und somit fluiddichte Verbindung zwischen Boden 4 und Deckel 5 geschaffen wird. Je nach Herstellungsverfahren ist es auch möglich, dass das Lötmittel nach Zusammenfügen von Boden 4 und Deckel 5 zwischen die Stirnflächen 11, 12 eingebracht wird (nicht dargestellt). Hierzu ist es zweckmäßig, dass die gegenüberliegenden Stirnflächen 11, 12 nach Zusammenfügen von Boden 4 und Deckel 5 den entsprechenden Zwischenraum 6 zueinander aufweisen, damit das Lötmittel zwischen die sich gegenüberliegenden Stirnflächen 11, 12 eingebracht und dann einer Wärmebehandlung unterzogen werden kann.
  • Der Boden 4 und/oder der Deckel 5 des Sammelkastens 2 weisen wenigstens einen im Ausführungsbeispiel mehrere Stege 13, 14 auf, die wenigstens einen Längskanal 8, 9 seitlich begrenzen und sich wenigstens bis in den Bereich der gegenüberliegenden Stirnfläche 11, 12 des Deckels 5 bzw. Bodens 4 erstrecken (Fig. 2, 3, 5). Zwischen den Längskanälen 8, 9 ist ein in der Zeichnung nicht dargestellter Querkanal angeordnet, der einen Durchlass zu den Längskanälen 8, 9 bildet.
  • Die zuvor beschriebenen Formschlusselemente können die Stege 13 mit den Stirnflächen 11, 12 sein, wobei die Enden 3a der Flachrohre 3 vor oder wenigstens im Bereich der Stirnflächen 11, 12 der Stege 13 enden. Dadurch wird beim Einbau der Flachrohre 3 in die im Boden 4 vorgesehenen Öffnungen 10 die Einschubtiefe derart begrenzt, dass die Flachrohre 3 nicht im Längskanal 8, 9 enden.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und 3 sind die Stege 13 mit den Stirnflächen 12 versehen, die keil- bzw. dachförmig ausgebildet sind. Der Boden 4 weist wenigstens zur teilweisen Aufnahme der Stege 13 bzw. des keilförmigen Teils der Stege 13 Vertiefungen bzw. Ausbuchtungen 21 auf. Die Stege 13 und die Ausbuchtungen 21 bilden beim Zusammenbau des Bodens 4 und des Deckels 5 eine Formschlussverbindung, sodass sie eine gegenseitige seitliche Verschiebung des Bodens 4 und des Deckels 5 begrenzen.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weisen die einzelnen Stege 13 eine gleichmäßig große Wandstärke auf und begrenzen die Längskanäle 8 mit ebenfalls gleich großem Strömungsquerschnitt.
  • Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 weist der Boden 4 zwischen zwei außen liegenden Kanälen 8 ein in Richtung des Deckels 5 zeigendes Anlageteil 19 mit einer planen, wenigstens eine Vertiefung 21 aufweisenden Stirnfläche 20 auf. In die Vertiefung 21 ragt ein mit Bezug auf eine Längsmittelebene bzw. Mittelachse 22 (Fig. 3) des Bodens 4 mittig vorgesehener Steg 13. Die Längsmittelebene 22 ist eine Fläche, die auf der Mittelachse 22 verläuft. Im Eckbereich der Stege 14 befindet sich je eine gekrümmte Aussparung 21, die gegenüber den komplementär ausgebildeten Anlageteil 19 angeordnet ist und die Stirnflächen 11, 12 ausbilden.
  • Die beiden außen liegenden Stege 14 weisen jeweils einen etwas größeren Querschnitt auf, als der mittlere Steg 13. Die die Stege 13, 14 begrenzenden Längskanäle 8 haben nach diesem Ausführungsbeispiel einen gleich großen Strömungsquerschnitt.
  • Wenigstens einer der Stege 13, 14, die vorzugsweise am Deckel 5 und/oder am Boden 4 angeordnet sein können, dient als Befestigungsmöglichkeit für den Boden 4 und/oder den Deckel 5. Hierzu ist es vorteilhaft, dass der Boden 4 stets so ausgebildet ist, dass die Flachrohre 3 außerhalb des Strömungsbereichs der Kanäle enden.
  • Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1 erhebliche Vorteile verbunden. Die beiden gegenüberliegenden und gekrümmten Stirnflächen 11, 12 ermöglichen es, dass auch bei Fertigungs-Ungenauigkeiten die beiden Stirnflächen 11, 12 wenigstens teilweise unmittelbar in Kontakt stehen, sodass im Wärmeofen ein Verlöten der Lot platierten Stirnflächen 11, 12 möglich ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmeübertrager
    2
    Sammelkasten
    3
    Rohr, Flachrohr
    3a
    Rohrende
    4
    Boden
    5
    Deckel
    6
    Zwischenraum
    7
    Stoffschlussverbindungsmittel
    8
    Längskanal, Strömungskanal
    9
    Längskanal, Strömungskanal
    10
    Öffnung
    11
    Stirnfläche
    12
    Stirnfläche
    13
    Steg
    14
    Steg
    15
    Seitenelement
    16
    Seitenelement
    17
    Randteil
    18
    Randteil
    19
    Anlageteil
    20
    Stirnfläche
    21
    Vertiefung, Ausbuchtung, Aussparung
    22
    Mittelachse, Längsmittelebene

Claims (15)

  1. Wärmeübertrager (1) mit wenigstens einem zweiteiligen, aus einem Boden (4) und einem Deckel (5) bestehenden, wenigsten einen Längskanal (8, 9) aufweisenden Sammelkasten (2) mit Rohren (3), die mit ihrem Rohrende (3a) in im Boden (4) vorgesehene Öffnungen (10) eingesteckt und fest mit dem Boden (4) verbunden sind, wobei der Boden (4) und der Deckel (5) gegenüberliegende Stirnflächen (11, 12), aufweisen, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen (11, 12) wenigstens teilweise gekrümmt sind.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Stirnflächen (11, 12) komplementär gekrümmt ausgebildet sind.
  3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden gekrümmten Stirnflächen (11, 12) eine Formschlussverbindung ermöglichen bzw. Formschlusselemente bilden.
  4. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden gekrümmten Stirnflächen (11, 12) mittel- oder unmittelbar miteinander verbundene Formschlusselemente bilden.
  5. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen (11, 12) einen Zwischenraum (6) zur Aufnahme eines Stoffschlussverbindungsmittels (7) bilden und/oder die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen (11, 12) wenigstens teilweise in einem unmittelbaren Kontakt stehen.
  6. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente Stege (13, 14) mit Stirnflächen (11, 12) sind, wobei die Enden der Rohre (3) vor oder wenigstens im Bereich der Stirnflächen (11, 12) enden.
  7. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Rohre (3) wenigstens teilweise mittel- oder unmittelbar gegen eine Stirnfläche (12) der Stege (13) anliegen.
  8. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Boden (4) und/oder der Deckel (5) des Sammelkastens (2) wenigstens einen Steg (13) aufweist, der den wenigstens einen Längskanal (8, 9) seitlich begrenzt und sich wenigstens bis in den Bereich der gegenüberliegenden Stirnfläche (11, 12) des Deckels (5) bzw. Bodens (4) erstreckt.
  9. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4) und der Deckel (5) jeweils ein Randteil (17, 18) aufweisen und der Boden (4) im Bereich des Randteils (17, 18) wenigstens jeweils ein Seitenelement (15, 16) aufweist, das das Randteil (17, 18) des Deckels (5) übergreift und gegen dieses mittel- oder unmittelbar anliegt.
  10. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung des Strömungsquerschnitts wenigstens die Stege (13, 14) die Einschubtiefe der Rohre (3) in den Öffnungen begrenzen.
  11. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4) zur wenigstens teilweisen Aufnahme der Stege (13, 14) Ausbuchtungen (21) aufweist.
  12. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4) zwischen zwei außen liegenden Kanälen (8) ein in Richtung des Deckels (5) zeigendes Anlageteil (19) mit einer planen, wenigstens eine Vertiefung (21) aufweisenden Stirnfläche (20) aufweist, in die ein mit Bezug auf eine Längsmittelebene (22) des Bodens (4) mittig vorgesehener Steg (13) ragt, wobei im Eckbereich des Anlageteils (19) die beiden außen liegenden, die außen liegenden Kanäle (8) begrenzenden Stege (14) je eine Aussparung (21) aufweisen, die gegenüber dem Eckbereich des Anlageteils (19) vorgesehen sind.
  13. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung eine Löt- und/oder eine Klebeverbindung ist und dass der Wärmeübertrager (1), insbesondere der Boden (4) und/oder der Deckel (5), aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung besteht.
  14. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Stege (13, 14), die vorzugsweise am Deckel (5) und/oder am Boden (4) angeordnet sind, als Befestigungsmöglichkeit für den Boden (4) und/oder den Deckel (5) dienen, wobei der Boden (4) derart ausgebildet ist, dass die Rohre (3) außerhalb des Strömungsbereichs der Kanäle enden.
  15. Kraftfahrzeugklimaanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugklimaanlage einen Wärmeübertrager (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 umfasst.
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