DE19524052A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher mit einer Vielzahl parallel verlaufender Flachrohre der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

In der DE 40 12 820 A1 ist ein Wärmetauscher beschrieben, der eine Vielzahl von parallel verlaufenden Flachrohren mit dazwischen angeordneten Wellrippen umfaßt. Die Enden der Flachrohre sind umgeformt, so daß sie einen kreisför­ migen Querschnitt besitzen, wobei diese Enden in mit Durchzügen versehene Öffnungen einer Anschlußplatte ra­ gen. Die Flachrohre sind mit der Anschlußplatte durch Lö­ ten befestigt. Die Anschlußkästen weisen im Bereich des Bodens Öffnungen auf, in denen die Durchzüge der ebenen Anschlußplatte aufgenommen werden.

Bei der bekannten Anordnung ist es erforderlich, daß der Boden des Anschlußkastens und auch die Anschlußplatte eben ausgebildet sind. Außerdem ist die extreme Verfor­ mung des Materials der Flachrohrenden schwierig und die extreme Formänderung führt zu erheblichen Verwirbelungen und Druckverlusten des Wärmetauschfluids.

In der US-A 4,679,289 wurde bereits ein Verfahren zum Herstellen von mit Durchzügen versehenen Öffnung in einem Sammelrohr beschrieben. Dabei handelt es sich um kreis­ runde Öffnungen, die dadurch erzeugt werden, daß mit ei­ nem Stanz- und Umformwerkzeug das Material der Rohrwan­ dung in eine innerhalb des Rohres befindliche Matrize ge­ drückt wird. Für diese Matrize im Rohr ist jedoch ein aufwendig gestaltetes Werkzeug notwendig, das zweiteilig ausgeführt sein muß und in zwei Verfahrensstufen ausge­ formt wird.

Darüber hinaus wurde bereits in der EP 0 198 581 B1 ein Wärmetauscher vorgeschlagen, bei dem die Enden von Flach­ rohren ohne Formänderung der Flachrohre in entsprechende Öffnungen von Sammelrohren eingeführt werden. Damit der Rand der Öffnungen der Sammelrohre zur Verlötung mit dem Ende des Flachrohres gut an dem Flachrohr anliegt, sind die Öffnungen mit Durchzügen versehen, die so geformt sind, daß der zwischen benachbarten Öffnungen gelegene Abschnitt des Sammelrohres kuppelförmig ausgestaltet ist. Hierzu ist jedoch erforderlich, daß die Durchzüge weit in das Sammelrohr hineinragen und daher insbesondere im End­ bereich der schlitzförmigen Öffnungen zu einer extremen Materialverformung führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, einen Wärmetauscher der im Oberbegriff des An­ spruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem auf einfache Weise und unter Vermeidung extremer Materialver­ formungen eine sichere Verbindung der Flachrohrenden mit dem Sammelrohr möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß das Sammelrohr zy­ lindrisch und ohne Verformung seiner Außenkontur auf ein­ fache Weise hergestellt werden kann. Die Langlöcher zur Aufnahme der unverformten Flachrohrenden können auf ein­ fache Weise in dem Anschlußstück ausgebildet werden, wo­ bei exakt geformte Durchzüge und die erforderliche Kon­ kavkrümmung in einem einzigen Stanz- und Prägevorgang er­ zeugt werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Wärmetauschers besteht darin, daß im Sammelrohr quer zu dessen Längsrichtung verlaufende längliche Öffnungen vorgesehen sind, in die die Durchzüge des Anschlußstückes ragen. Da diese Öffnun­ gen nicht mit den Flachrohren selbst verbunden werden und auch bezüglich der Durchzüge kein exaktes Maß aufweisen müssen, da das Anschlußstück großflächig mit dem Sammel­ rohr verbunden ist, sind bei der Fertigung der Sammel­ rohre große Toleranzen zulässig, da lediglich das An­ schlußstück die entsprechende Maßhaltigkeit zur sicheren Verlötung mit den Flachrohrenden besitzen muß. Damit beim Zusammenbauen der Teile ein Verklemmen der Durchzüge in den Öffnungen des Sammelrohres oder eine Zerstörung der Lotschicht vermieden wird, ist es vorteilhaft, daß die Durchzüge zum Rand der Öffnungen ein Untermaß von 0,2 mm bis 2 mm aufweisen. Das Sammelrohr besitzt einen kreis­ förmig geschlossenen Querschnitt und ist beispielsweise extrudiert, nahtlos gezogen oder geschweißt. Die Öffnun­ gen im Sammelrohr können beispielsweise durch Sägen oder ein ähnliches Verfahren erzeugt werden, da es bei der er­ findungsgemäßen Ausgestaltung nicht auf einen parallelen Verlauf der Schmalseiten der Öffnungen zu der Außenkontur der Flachrohre ankommt. Das Erzeugen der Öffnungen durch Sägen hat außerdem den Vorteil, daß lediglich eine ge­ ringe Kraft auf das Sammelrohr in radialer Richtung wirkt, so daß eine Verformung des Sammelrohres auch ohne Innenabstützung nicht zu befürchten ist. Alternativ hier­ zu können die Öffnungen im Sammelrohr auch durch Stanzen erzeugt werden, wobei die Öffnungen in Gruppen nacheinan­ der gestanzt werden. Damit das Sammelrohr seine Form be­ hält, ist eine Innenabstützung mittels Matrize vorgese­ hen.

Zweckmäßigerweise besitzen die Durchzüge an den Längssei­ ten der Langlöcher eine der konkaven Form des Anschluß­ stückes ähnliche Kontur und weisen über ihren Umfang an­ nähernd die gleiche Höhe auf. Die Durchzüge erstrecken sich dabei parallel zur Wand des Flachrohres, so daß über den gesamten Umfang eine gleich große Anlagefläche und damit Lötverbindung entsteht. Zur Erleichterung des Ein­ führens der Durchzüge in die Öffnungen des Sammelrohres ist insbesondere bei geringem Untermaß der Durchzüge ge­ genüber den Öffnungen an dem in das Sammelrohr ragenden Umfangsrand der Durchzüge eine Anschrägung vorgesehen.

Das Anschlußstück besteht vorzugsweise aus einem Blech, insbesondere einer Aluminiumlegierung, mit einer Dicke von ca. 0,5 mm bis 3 mm. Da auch das Sammelrohr üblicher­ weise aus einer Aluminiumlegierung besteht, ebenso wie die Flachrohre des Wärmetauschers, ist auf eine einfache Weise eine stoffschlüssige Verlötung aller Teile, vor al­ lem bei einer einheitlichen Löttemperatur möglich. Ein Anschlußstück aus einem Blech mit der genannten Dicke läßt sich auch problemlos in die gewünschte Form mit der konkaven Wölbung und den exakt geformten Durchzügen brin­ gen. Das Anschlußstück ist vorzugsweise beidseitig lot­ plattiert, so daß kein zusätzlicher Lotauftrag zur Ver­ bindung mit dem Sammelrohr und den Flachrohren erforder­ lich ist. Die Lotplattierung schließt außerdem ein nicht korrosives Flußmittel ein, so daß der Wärmetauscher im sogenannten Nocolok-Lötverfahren hergestellt werden kann.

Damit eine genügend große Verbindungsfläche zur Lötung des Anschlußstückes an dem Sammelrohr zur Verfügung steht, sollte sich das Anschlußstück auf beiden Seiten der Langlöcher über einen ausreichend großen Winkel er­ strecken. Der Bogenwinkel, den das Anschlußstück insge­ samt beschreibt, bestimmt sich somit aus dem Durchmesser des Sammelrohres und dem Maße der Langlöcher. Als bevor­ zugte Ausführungsform wird daher angesehen, daß sich die Konkavform des Anschlußstückes über einen Bogenwinkel zwischen 80° und 170° erstreckt.

Zum endseitigen Verschließen der Sammelrohre sind vor­ zugsweise kappenförmige Einsatzstücke vorgesehen, die in das Ende des Sammelrohres eingeführt werden. Die Einsatz­ stücke bestehen zweckmäßigerweise aus lotplattiertem Blech, so daß ein zusätzlicher Lot- und Flußmittelauftrag entfällt. Bei Wärmetauschern, deren Blöcke mit Seitentei­ len versehen sind, ist es von Vorteil, daß die jeweils äußeren Durchzüge der Anschlußstücke die Enden der Sei­ tenteile aufnehmen. Eine weitere Ausgestaltung der Erfin­ dung besteht darin, daß an der Mantelfläche des Sammel­ rohres zwei in Längsrichtung verlaufende Leisten vorgese­ hen sind, die einstückig mit dem Sammelrohr ausgebildet sind und sich entlang des Sammelrohres erstreckende Nuten bilden, in denen die Ränder des Anschlußstückes aufgenom­ men sind. Dadurch wird erreicht, daß das Anschlußstück bis zum Löten des Wärmetauschers durch Klemmung am Sam­ melrohr gehalten wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die Ansicht auf die Stirnfläche eines Wärme­ tauschers,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein Sammelrohr mit Anschlußstück und ein Ende ei­ nes Flachrohres vor dem Zusammenbau,

Fig. 4 eine Flachrohr/Sammelrohr-Verbindung im fertigen Zustand,

Fig. 5 eine Ausführungsvariante zu Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein Wärmetauscher 1 dargestellt, der aus einer Vielzahl parallel zueinander verlaufender Flach­ rohre 2 und dazwischen angeordneten Wellrippen 3 besteht. Die Flachrohre 2 münden mit einem ihrer Enden 13 in eine oberes Sammelrohr 4 und mit ihren anderen Enden 13′ in ein unteres Sammelrohr 5, wobei das obere Sammelrohr 4 mit einem Zulaufstutzen 6 und das untere Sammelrohr mit einem Rücklaufstutzen 7 versehen sind. Parallel zu dem jeweils äußeren Flachrohr 2 erstreckt sich ein Seitenteil 8, 8′, an dem die jeweils äußere Wellrippe 3 zur Anlage kommt. Entlang der Sammelrohre 4 und 5 erstrecken sich Anschlußstücke 9 und 10, in denen die Enden 13, 13′ der Flachrohre 2 sowie der Seitenteile 8, 8′ aufgenommen und fluiddicht eingelötet sind. Die Anschlußstücke 9 und 10 liegen an der Mantelfläche der Sammelrohre 4 und 5 an und sind mit dieser durch Lötung stoffschlüssig verbunden. Die jeweils den Anschlußstutzen 6 und 7 entfernt liegen­ den Enden der Sammelrohre sind durch Einsatzstücke 11, 11′ verschlossen. Diese Einsatzstücke 11, 11′ haben die Form von Kappen, die in die Enden der Sammelrohre 4, 5 gesteckt sind und bestehen vorzugsweise aus einem lot­ plattierten Blech. Der Wärmetauscher 1 besteht vollstän­ dig aus Metallteilen, vorzugsweise aus Aluminium.

Die Fig. 2 zeigt den Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß sich das Anschlußstück 9 über einen bestimmten Bogenwinkel entlang des oberen Sammelrohres 4 erstreckt und das An­ schlußstück 10 am unteren Sammelrohr 5 eine ebensolche Form aufweist. Die Sammelrohre 4 und 5 besitzen einen kreisförmigen Querschnitt, d. h. sie sind zylindrisch ausgeführt.

Die Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch das Sammelrohr 4 und das Anschlußstück 9 sowie das Ende 13 eines der Flachrohre 2 vor dem Zusam­ menbau dieser Teile. In dem Sammelrohr 4 ist eine längli­ che Öffnung 12 vorgesehen, deren Längsrichtung orthogonal zur Längsachse des Sammelrohres 4 verläuft. Das Anschluß­ stück 9 ist konkav gewölbt und erstreckt sich im Ausfüh­ rungsbeispiel über einen Bogenwinkel von 120°. In der Mitte der Wölbung ist im Anschlußstück 9 ein Langloch 14 vorgesehen, das in gleicher Richtung wie die Öffnung 12 im Sammelrohr 4 verläuft. Das Langloch 14 wird entlang seines gesamten Umfangs von einem Durchzug 15 begrenzt, der in die konkave Wölbung hinein gerichtet ist. Der Durchzug 15 ist so geformt, daß er an den Längsseiten der Langlöcher 14 eine der konkaven Form des Anschlußstückes 9 ähnliche Kontur aufweist, so daß die Durchzüge 15 über ihren gesamten Umfang annähernd die gleiche Höhe aufwei­ sen. Das Ende 13 des Flachrohres 2 besitzt eine Abmes­ sung, die dem Langloch 14 in dem Anschlußstück 9 ent­ spricht, wobei jedoch das Ende 13 des Flachrohres 2 ein geringes Untermaß aufweist, damit sich das Rohrende mit leichtem Spiel in das Langloch 14 einführen läßt. Dies ist erforderlich, damit die Lotplattierung und auch das Flußmittel nicht von der inneren Mantelfläche des Durch­ zugs 15 abgeschabt wird. Für das Löten im Nocolok-Verfah­ ren ist ein gewisses Spiel zwischen den zu verlötenden Teilen nicht schädlich.

Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung gemäß Fig. 3, jedoch im zusammengefügten und gelöteten Zustand. Daraus ist ersichtlich, daß das Ende 13 des Flachrohres 2 parallel zur inneren Mantelfläche des Durchzugs 15 ver­ läuft und somit über den gesamten Umfang des Rohrendes 13 eine Lötnaht 17 gebildet ist. Da die Längsöffnung 12 im Sammelrohr 4 gegenüber der äußeren Umfangsfläche des Durchzugs 15 ein Übermaß aufweist, läßt sich der Durchzug 15 mit dem darin aufgenommenen Rohrende 13 leicht in die Längsöffnung 12 einführen. Zur weiteren Erleichterung des Einführens ist der Durchzug 15 an der Vorderkante mit ei­ ner Anschrägung 15′ versehen. Da die konvexe Krümmung des Anschlußstückes 9 exakt auf die Mantelfläche des zylin­ drischen Sammelrohres 4 abgestimmt ist, ergibt sich eine großflächige Anlage zwischen dem Anschlußstück 9 und dem Sammelrohr 4, so daß eine große Lötfläche 16 gebildet ist, welche eine große Festigkeit zwischen Anschlußstück 9 und Sammelrohr 4 gewährleistet.

Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, daß das Anschluß­ stück aus einem Blech besteht, dessen Dicke etwa demjeni­ gen der Rohrwanddicke des Sammelrohres besteht. Je nach Verwendungszweck des Wärmetauschers und der geforderten Druckfestigkeit sowie weiterer konstruktiver Einflüsse sind die Rohrwanddicke des Sammelrohres und die Blech­ dicke des Anschlußstückes zu bemessen. Als besonders be­ vorzugt werden für das Sammelrohr Wandstärken zwischen 1 mm und 3 mm und für das Anschlußstück Blechdicken von ca. 0,5 mm bis 3 mm angesehen.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch ein extrudiertes oder stranggepreßtes Sammelrohr 4 dargestellt, das an seiner Mantelfläche in Längsrichtung des Sammelrohres 4 verlau­ fende Leisten 18, 18′ aufweist, die einstückig mit dem Sammelrohr ausgebildet sind. Diese Leisten 18, 18′ sind bezogen auf den Rohrumfang diametral angeordnet und bil­ den jeweils eine sich entlang des Sammelrohres 4 erstrecken­ de Nut, in der die Ränder des Anschlußstückes 9 aufge­ nommen werden. Die äußere Wand 19, 19′ der Leiste 18, 18′ weist lediglich eine solche Wandstärke auf, die eine ra­ dial nach innen gerichtete Verformung gestattet, so daß dadurch eine klemmende Befestigung des Anschlußstückes 9 am Sammelrohr 4 bis zur Verlötung erzielt ist. Auf diese Weise sind zusätzliche Mittel zum Halten der Teile wäh­ rend des Lötens nicht notwendig.

Claims (14)

1. Wärmetauscher (1) mit einer Vielzahl parallel ver­ laufender Flachrohre (2), deren Enden (13) in Sam­ melrohre (4, 5) münden und in mit Durchzügen (15) versehenen Öffnungen (14) eines Anschlußstückes (9, 10) aufgenommen sind, wobei die Enden (13) der Flachrohre (2) mit dem Anschlußstück (9, 10) und diese mit dem Sammelrohr (4, 5) fluiddicht gelötet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß das Sammelrohr (4, 5) mindestens annähernd ei­ nen kreisförmigen Querschnitt aufweist und das An­ schlußstück (9, 10) konkav gestaltet ist, wobei der Krümmungsradius des Anschlußstückes (9, 10) der Mantelfläche des Sammelrohres (4, 5) angepaßt ist,
und daß in dem Anschlußstück (9, 10) quer zur Längsrichtung des Sammelrohres (4, 5) verlaufende und von den Durchzügen (15) begrenzte Langlöcher (14) vorgesehen sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß im Sammelrohr (4, 5) quer zu dessen Längsrich­ tung verlaufende längliche Öffnungen (12) vorgese­ hen sind, in die die Durchzüge (15) des Anschluß­ stückes (9, 10) ragen

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Durchzüge (15) zum Rand der Öffnungen (12) ein Untermaß von 0,2 mm bis 2 mm aufweisen.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Durchzüge (15) über ihren Umfang annähernd die gleiche Höhe aufweisen und an den Längsseiten eine der konkaven Form des Anschlußstückes (9, 10) ähnliche Kontur besitzen.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Durchzüge (15) an ihrem in das Sammelrohr (4, 5) ragenden Umfangsrand eine Anschrägung (15′) aufweisen.

6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (9, 10) aus Blech mit einer Dicke von ca. 0,5 mm bis 3 mm besteht.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Anschlußstück (9, 10) beidseitig mit einer Lotplattierung einschließlich eines nichtkorrosiven Flußmittels versehen ist.

8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Konkavform des Anschlußstückes (9, 10) über einen Bogenwinkel zwischen 80° und 170°, vor­ zugsweise 120°, erstreckt.

9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelrohr (4, 5) eine Wandstärke zwischen 1 mm und 3 mm aufweist.

10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (12) im Sammelrohr (4, 5) gesägt oder gestanzt sind.

11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelrohre (4, 5) mittels endseitig einge­ setzter kappenförmiger Einsatzstücke (11, 11′) ge­ schlossen sind.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einsatzstücke (11, 11′) aus einem lotplat­ tierten Blech bestehen.

13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils äußerste Durchzug (15) des An­ schlußstückes (9, 10) zur Aufnahme der Enden der Seitenteile (8, 8′) dient.

14. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß an der Mantelfläche des Sammelrohres (4, 5) zwei in Längsrichtung verlaufende Leisten (18, 18′) vorgesehen sind, die einstückig mit dem Sammelrohr ausgebildet sind und sich entlang des Sammelrohres (4, 5) erstreckende Nuten bilden, in denen die Rän­ der des Anschlußstückes (9, 10) aufgenommen sind.