DE19543234C2 - Lamellen-Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lamellen-Wärmetauscher, der durch ab­ wechselnde Anordnung von Rohrstücken bzw. entsprechenden, Leitungen bilden­ den Elementen und Lamellen über eine Vielzahl von Schichten aufgebaut ist. Solche Lamellen-Wärmetauscher werden beispielsweise in einem Kühlkreislauf einer Klima­ anlage für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Insbesondere betrifft die Erfindung einen La­ mellen-Wärmetauscher mit einer Struktur, bei dem zwei Tankbereiche an einem Längsende jedes Rohrstücks ausgebildet sind.

Bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Lamellen-Wärmetauscher (JP 4-32697 A) werden Rohrstücke abwechselnd mit Lamellen bzw. Lamellenflügeln auf­ einander geschichtet angeordnet. Jedes Rohrstück weist zwei Sammelbehälter (Tanks) auf, die an einem Ende angeordnet sind. Die beiden Sammelbehälter eines Rohrstücks kommunizieren im Rohrstück über einen im wesentlichen U-förmigen Durchgang miteinander. Benachbarte Rohrstücke kommunizieren soweit wie erfor­ derlich durch Verbindung der Sammelbehälter in Richtung der Schichtung miteinan­ der. Eine Mehrzahl von beispielsweise drei zungenartig vorspringenden Ausformun­ gen bzw. Bördelrändern ist in dem Bereich jedes Rohrstückes angeordnet, in dem der jeweilige Sammelbehälter in den U-förmigen Durchgang übergeht. Die einander ge­ genüberstehenden Bördelränder liegen deckungsgleich miteinander und sind mitein­ ander verbunden.

Wenn man nun einen solchen Lamellen-Wärmetauscher einem Aufreißtest unterwirft, indem man Flüssigkeit unter hohem Druck (294-392,4 N/mm² [30 bis 40 kp/mm²]) in die Sammelbehälter pumpt, so bricht regelmäßig die Verbindung (meist eine Hartlot­ verbindung) der Ausformungen bzw. Bördelränder in den Sammelbehältern, die nahe den beiden Enden des Wärmetauschers in Schichtungsrichtung angeordnet sind. Als spezielles Phänomen bei solchen zungenartig vorspringenden Bördelrändern ist an­ zusehen, daß das Aufreißen am Bördelrand in der Mitte (beispielsweise Bördelrand 26b in Fig. 4) beginnt. Der Grund liegt in der stärkeren Deformation in dem Mittelbe­ reich gegenüber den Enden der Sammelbehälter einhergehend bei der Zunahme der Anzahl von geschichteten Rohrstükken.

Bei einem Lamellen-Wärmetauscher besonderer Bauart, bei dem ein spezielles Ver­ bindungsrohr, das sich in Richtung der Schichtung des Wärmetauschers erstreckt, zwischen verschiedenen Sammelbehältern angeordnet ist, um Wärmetauschermedium in bestimmte Tankabschnitte zu leiten (bei einem Wärmetauscher etwa wie in Fig. 9 dargestellt), ist festgestellt worden, daß das Aufreißen normalerweise am Bördelrand (36c, Fig. 10) beginnt, der dem Verbindungsabschnitt, wo das Verbindungsrohr ange­ bracht ist, am nächsten liegt. Der Grund hierfür liegt darin, daß der Wandteil des Sam­ melbehälters gegenüber dem Verbindungsabschnitt durch den Druck der im Verbin­ dungsrohr strömenden Druckflüssigkeit weiter gebogen wird, wie durch die gestri­ chelte Linie in Fig. 9 dargestellt ist, so daß dort die Verformung größer ist als in ande­ ren Bereichen des Sammelbehälters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Festigkeit des Bereiches zu verbes­ sern, der im U-förmigen Durchgang für das Wärmetauschermedium besonders auf­ reißgefährdet ist, insbesondere also im Bereich wo die Sammelbehälter in den U-förmi­ gen Durchgang für das Wärmetauschermedium münden.

Die obige Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher gemäß Anspruch 1 gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei Lamellen-Wärmetauschern des Standes der Technik ist der Verbindungsrand in seinen Abmessungen, insbesondere in der Breite für alle Bördelränder gleich gestal­ tet. Bei dieser Konzeption ergeben sich die oben erläuterten Probleme mit der Defor­ mation.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß größere Abmessungen, insbesondere eine größere Breite, des Verbindungsrandes der Bördelränder in den Bereichen, die be­ sonders aufreißgefährdet sind, die zuvor erläuterte Aufreißproblematik ganz erheblich verringert.

Beiden Alternativen der Lehre der Erfindung ist die gemeinsame Idee eigen, die Breite der Verbindungsränder der Ausformungen bzw. Bördelränder in den aufreiß­ gefährdeten Bereichen größer zu wählen als in den übrigen Bereichen. Dadurch ist die Verbindung der Bördelränder beim Zusammensetzen der die Rohrstücke bilden­ den Formplatten wirksamer, hier ist nämlich ein entsprechend größerflächiges Verbin­ den, insbesondere Verlöten oder Verschweißen der Bördelränder realisierbar.

Bei der ersten Alternative von Anspruch 1 sind die Ausformungen bzw. Bördelränder im mittleren Bereich des U-förmigen Durchganges dort, wo die Sammelbehälter in den U-förmigen Durchgang übergehen, besonders fest belastbar verbunden. In der zwei­ ten Alternative von Anspruch 1 sind von den zungenartig vorspringenden Ausfor­ mungen bzw. Bördelrändern an den Sammelbehältern der oder die Ausformungen bzw. Bördelränder besonders groß gestaltet, die dem Verbindungsabschnitt zum Verbindungsrohr naheliegen, so daß die Festigkeit in diesen Bereichen in ähnlicher Weise erhöht wird.

Die zuvor aufgezeigten und weiteren Merkmale der Erfindung und deren Vorteile lassen sich besser verstehen und einschätzen unter Berücksichtigung der nachfol­ genden Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1A eine Ansicht der Gesamtanordnung eines Lamellen-Wärmetauschers ge­ mäß der Erfindung,

Fig. 1B eine Unteransicht des Wärmetauschers aus Fig. 1A,

Fig. 2 eine Ansicht einer Formplatte für ein Rohrstück eines Wärmetauschers gemäß Fig. 1 von der offenen Seite her gesehen,

Fig. 3 ausschnittweise, vergrößert, einen Schnitt des Wärmetauschers aus Fig. 1B im unteren Bereich mit einem Teil der Sammelbehälter weggeschnit­ ten,

Fig. 4 den unteren Bereich der Formplatte aus Fig. 2 in einer vergrößerten Dar­ stellung,

Fig. 5 in Fig. 4 entsprechender Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Formplatte für ein Rohrstück gemäß der Erfindung,

Fig. 6A in einer Fig. 1A entsprechenden Darstellung ein weiteres Ausführungs­ beispiel eines erfindungsgemäßen Lamellen-Wärmetauschers,

Fig. 6B den Wärmetauscher aus Fig. 6A in einer Fig. 1B entsprechenden Un­ teransicht,

Fig. 7A eine Formplatte zur Bildung eines Rohrstücks für einen Wärmetauscher gemäß Fig. 6A als End-Rohrstück für ein Verbindungsrohr,

Fig. 7B die zur Formplatte aus Fig. 7A korrespondierende zweite Formplatte, die gemeinsam mit der Formplatte aus Fig. 7A verbunden bzw. verlötet dann das entsprechende Rohrstück bildet,

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Strömung eines Wärmetauschermedi­ ums durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä­ ßen Lamellen-Wärmetauschers,

Fig. 9 den unteren Bereich, im Schnitt, eines Teils des Wärmetauschers aus Fig. 6A,

Fig. 10 ausschnittweise, in vergrößerter Darstellung, entsprechend Fig. 5, den unteren Bereich der Formplatte aus Fig. 7B des Wärmetauschers aus Fig. 6.

Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Be­ zugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert.

Der in Fig. 1A und 1B dargestellte Lamellen-Wärmetauscher 1 ist ein sogenannter Vierfach-Tauscher, der aus Lamellenflügeln 2 und Rohrstücken 3 besteht, die ab­ wechselnd über eine Mehrzahl von Ebenen angeordnet sind. Rohrstücke 3 in diesem Sinne sind nicht notwendigerweise Rohre im klassischen Sinne, sondern Hohlele­ mente, die Strömungskanäle für die Flüssigkeit bilden.

Der Lamellen-Wärmetauscher 1 ist mit einem Einlaßabschnitt 4 und einem Auslaßab­ schnitt 5 für Wärmetauschermedium, beispielsweise ein flüssiges Kältemittel, ausgerü­ stet, die im Mittelbereich der Schichtung angeordnet sind. Die meisten der Rohr­ stücke 3 dieses Wärmetauschers 1 werden dadurch hergestellt, daß zwei Formplatten 6, von denen eine beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist, einander zugewandt an den Rändern fest miteinander verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt wer­ den. Dadurch werden zwei Sammelbehälter 7, 7 an einem Längsende des Rohrstüc­ kes 3 nebeneinander und voneinander getrennt gebildet. Durch einen U-förmigen Durchgang 8 strömt Wärmetauschermedium von einem Sammelbehälter 7 im Rohr­ stück 3 zum anderen Sammelbehälter 7.

Jede Formplatte 6 wird durch Pressen oder Tiefziehen einer Aluminiumplatte herge­ stellt und weist zwei konkave, tiefgezogene oder anderweitig gedehnte Bereiche 9 zur Ausbildung der Sammelbehälter 7 (Tanks) an einem Längsende und einen tiefge­ zogenen oder anderweit eingeformten Bereich 10 zur Bildung des U-förmigen Durchgangs 8 auf. Vom Bereich zwischen den beiden Tank-Bereichen 9 erstreckt sich ein Vorsprung 11 bis in die Nähe des anderen Längsendes der Formplatte 6. Am anderen Längsende der Formplatte 6 sind zusätzlich vorspringende Lamellenhal­ terabschnitte 12 (Fig. 1A) angeordnet, durch die verhindert wird, daß während des Zusammenbaus vor dem Verlöten die Lamellenflügel 2 herausgleiten oder herausrut­ schen können.

Die eingeformten Bereiche 9 für die Tanks 7 sind tiefer eingeformt als der Bereich 10 für den Durchgang 8. Der Vorsprung 11 ist so ausgeformt, daß er sich in derselben Ebene wie der außen umlaufende, nicht mit einem Bezugszeichen versehene Verbin­ dungsrand der Formplatte 6 insgesamt befindet und so ebenfalls einen Verbindungs­ rand bildet. Wenn also zwei Formplatten 6 an ihren Rändern miteinander verlötet werden, werden ebenso die Vorsprünge 11 der einander zugewandt angeordneten Formplatten 6 miteinander verlötet und gleichzeitig werden die Sammelbehälter 7 und der U-förmige Durchgang 8 ausgebildet mit entsprechend miteinander verlöteten Verbindungsrändern.

Im Lamellen-Wärmetauscher 1 insgesamt sind die einander benachbarten Rohrstücke 3 zueinander so ausgerichtet, daß die verformten Bereiche 9 zur Bildung der Sammel­ behälter 7 der Formplatten 6 einzelne Tankgruppen, hier zwei Tankgruppen wie in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellt bilden. Es werden eine erste Tankgruppe 15 und eine zweite Tankgruppe 16 gebildet, die in Richtung der Schichtung parallel zueinander ausgerich­ tet sind und damit rechtwinklig zur Luftströmung im Wärmetauscher 1 ausgerichtet sind. In einer der Tankgruppen, beispielsweise in der Tankgruppe 15, befinden sich die einzelnen Sammelbehälter 7 der verschiedenen Rohrstücke 3 über Verbindungs­ öffnungen 19 in Verbindung miteinander, mit Ausnahme einer Trennebene 17 etwa in der Mitte des Wärmetauschers 1. Demgegenüber befindet sich in der zweiten Tank­ gruppe 16 hier keine Trennung, hier stehen alle Sammelbehälter 7 über die Verbin­ dungsöffnungen 19 miteinander in Verbindung.

Als Folge der zuvor erläuterten Trennebene 17 ist die erste Tankgruppe 15 in zwei Abschnitte unterteilt, nämlich eine erste in sich kommunizierende Tank-Untergruppe 20, die den Einlaßabschnitt 4 umfaßt, und eine zweite, wiederum in sich kommunizie­ rende Tank-Untergruppe 21, die den Auslaßabschnitt 5 umfaßt. Die Trennung erfolgt an der Trennebene 17. Die zweite Tankgruppe 16 stellt ohne Trennung eine dritte Tank-Untergruppe 22 dar, die in sich kommuniziert.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel macht deutlich, daß der Einlaßabschnitt 4 da­ durch gebildet ist, daß ein Rohrstück 3a etwa in der Mitte der ersten Tank-Unter­ gruppe 20 nach außen aufgeweitet ist in Strömungsrichtung der Luftströmung. In entsprechender Weise ist der Auslaßabschnitt 5 an einem Rohrstück 3b etwa mittig in der zweiten Tank-Untergruppe 21 ausgebildet. An den beiden Enden des Wärmetau­ schers 1 in Richtung der Schichtung der Rohrstücke 3 sind Endplatten 23 angeord­ net.

In den Fig. 2 und 4 ist eine Vielzahl von Vorsprüngen bzw. ringförmigen Bördelrän­ dern 25 im Bereich des U-förmigen Durchganges 8 zu erkennen, die gleich beim For­ men der Formplatten 6 mit ausgeformt werden. Diese sollen den Wärmeübergang vom Wärmetauschermedium auf die Formplatten 6 und die Rohrstücke 3 verbessern. Die hier dargestellten Vorsprünge bzw. ringförmigen Bördelränder 25 an den Formplatten 6 kommen mit ihren freien Rändern aneinander zu Anlage und werden miteinander verlötet, wenn zwei einander zugewandt offene Formplatten 6 miteinander verlötet werden, um ein Rohrstück 3 daraus herzustellen.

In den Fig. 2 und 4 erkennt man ferner mehrere zungenartig vorspringende Ausfor­ mungen bzw. Bördelränder 26 (26a-26f), die im Bereich der Verformungen 9 und 10 dort angeordnet sind, wo die verformten Bereiche 9 zur Bildung der Sammelbehälter 7 in den verformten Bereich 10 zur Bildung des Durchgangs 8 übergehen, also letzt­ lich die Sammelbehälter 7 in den U-förmigen Durchgang 8 übergehen. In dem in den Fig. 2 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zu jedem Sammelbehälter 7 drei solcher zungenartigen Ausformungen bzw. Bördelränder 26, nämlich 26a, b, c und 26d, e, f vorgesehen. Diese sind spiegelsymmetrisch zur Mittellinie der Formplatte 6 angeordnet. Es reicht also, wenn erläutert wird, wie es an einem Sammelbehälter 7 mit den Bördelrändern 26a, b, c aussieht. Dort sind die Ausformungen bzw. Bördelränder 26a, 26b in Richtung, in die sich der U-förmige Durchgang 8 erstreckt, geradlinig an­ geordnet, während der Bördelrand 26c nahe der Mittellinie der Formplatte 6 vom Be­ reich 9 für den Sammelbehälter 7 zur Mittellinie hin schräg abgeht und dann nach oben in Richtung des anderen Längsendes der Formplatte 6 abbiegt.

Man erkennt in Fig. 4 besonders gut, daß der mittlere Bördelrand 26b breiter als die äußeren Bördelränder 26a, 26c ausgebildet ist.

In Fig. 4 sind eingezeichnet die Gesamtbreiten der Ausformungen bzw. Bördelränder, nämlich die Breite A für den rechtsliegenden Bördelrand 26a, die Breite B für den in der Mitte liegenden zungenartig vorspringenden Bördelrand 26b und die Breite C für den in Fig. 4 nächst der Mittellinie der Formplatte 6 befindlichen Bördelrand 26c. Das Verhältnis der Breiten A, B, C entspricht B < A und B < C. Der Grund dafür, daß die Breite des Bördelrandes 26b in der Mitte größer ist liegt darin, daß Ergebnisse von Aufreißtests ergeben haben, daß die Aufreißkräfte in diesem Mittelbereich größer sind bzw. die Festigkeit der Formplatte 6 in diesem Mittelbereich geringer ist als in den anderen Bereichen.

Man kann das zuvor erläuterte Problem dadurch angehen, daß man die Breite aller Bördelränder 26a, b, c gleichermaßen vergrößert. Es ist aber gemäß der Erfindung vorzuziehen, die Aufreißfestigkeit nur im Mittelbereich durch Erhöhung der Breite des Bördelrandes 26b zu erhöhen, dort, wo das Rohrstück 3 besonders aufreißge­ fährdet ist. Das hat den Vorteil, daß der Strömungswiderstand des Wärmetauscher­ mediums durch den U-förmigen Durchgang 8 von einem Sammelbehälter 7 zum ande­ ren Sammelbehälter 7 nur soweit wie unbedingt erforderlich erhöht wird, indem der Strömungsquerschnitt nur soweit wie unbedingt erforderlich verringert wird.

Als besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im dargestellten Fall vorgese­ hen, daß die Breite B ungefähr 4,5 mm und die Breiten A und C jeweils ungefähr 3,5 mm betragen. Alternativ wird vorgeschlagen, B mit 4,3 mm und A und C gleichmäßig mit 3,2 mm zu bestimmen.

Das Wärmetauschermedium, das durch den Einlaßabschnitt in den Wärmetauscher 1 eingeströmt ist, wird durch die Sammelbehälter, die die erste Tank-Untergruppe 20 bilden, verteilt und strömt aufwärts durch die U-förmigen Durchgänge 8 der Rohr­ stücke 3, die zur ersten Tank-Untergruppe 20 gehören entlang den dort innen laufen­ den Vorsprüngen 11 (erster Durchgang). Dann macht das Wärmetauschermedium einen U-Turn um die Spitzen der Vorsprünge 11 in den Rohrstücken 3 und strömt dann wieder nach unten (zweiter Durchgang) um so die dritte Tank-Untergruppe 22 auf der anderen Seite zu erreichen. Von dort aus strömt das Wärmetauschermedium horizontal in den verbleibenden Teil der Rohrstücke 3, die gemeinsam mit den ande­ ren Rohrstücken weiter die dritte Tank-Untergruppe 22 bilden. Von diesem zweiten Teil der dritten Tank-Untergruppe 22 ausgehend strömt das Wärmetauschermedium wiederum aufwärts durch die U-förmigen Durchgänge 8 der dazu gehörenden Rohr­ stücke 3 (dritter Durchgang) wiederum entlang den Vorsprüngen 11. Dann strömt das Wärmetauschermedium wiederum mit einem U-Turn um die Spitzen der Vorsprünge 11 in den Rohrstücken 3 herum und strömt wiederum abwärts bis es die Sammelbe­ hälter 7 der zweiten Tank-Untergruppe 21 erreicht (vierter Durchgang). Von hier aus strömt das Wärmetauschermedium zum Auslaßabschnitt 5 und aus diesem hinaus. Dieser Strömungsweg des Wärmetauschermediums erlaubt einen intensiven Wärme­ austausch zwischen dem Wärmetauschermedium und den Lamellenflügeln 2, und zwar in einem vierfachen Durchgang, was dieser Art Wärmetauscher 1 den zuvor an­ gesprochenen Namen gegeben hat.

Das Wärmetauschermedium strömt von den Sammelbehältern 7 in die U-förmigen Durchgänge 8 und erreicht die U-förmigen Durchgänge 8 von den Sammelbehältern 7 mit großem Strömungsquerschnitt durch Abschnitte zwischen den Bördelrändern 26, wo nur ein geringer Strömungsquerschnitt vorliegt. Dadurch wird eine Kraft er­ zeugt, die so gerichtet ist, daß sie die miteinander verbundenen (verlöteten) Ausfor­ mungen bzw. Bördelränder 26a, 26b, 26c auseinanderzudrücken sucht (das ist in Fig. 3 mit Pfeilen in durchgezogener Linienführung dargestellt). Diese Aufreißkraft ist am Bördelrand 26b in der Mitte größer als an den Bördelrändern 26a und 26c an den Rändern des Sammelbehälters 7. Da nun aber gemäß der Erfindung die Breite des Bördelrandes 26b in der Mitte größer ist als diejenige der Bördelränder 26a, 26c seit­ lich davon, wird gleichwohl eine sichere Verbindung der Formplatten 6 in diesem Be­ reich erreicht. Auch bei hohen Drücken des Wärmetauschermediums sind Deforma­ tionen in diesem Bereich unwahrscheinlicher als im Stand der Technik. In den Aus­ führungsbeispielen gemäß der Erfindung mit den erläuterten besonders spezifizierten Werten, die oben dargestellt worden sind, wurden in Aufreißversuchen um 1 bis 2% größere Festigkeiten in diesem Bereich notiert.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß im Mittelbereich auch mehr als ein Bördel­ rand angeordnet sein kann. Wenn beispielsweise vier Ausformungen bzw. Bördel­ ränder 27 auf jeder Seite der Formplatte 6 vorgesehen sind (wie das Fig. 5 erkennen läßt), dann kann die Breite der beiden mittleren Bördelränder 27b, 27c (27f, 27g) grö­ ßer sein als die der äußeren Bördelränder 27a, 27d (27e, 27h). In anderen Worten ausgedrückt hat das Verhältnis der in Fig. 5 rechts eingezeichneten Breiten aus D (Bördelrand 27a), E (Bördelrand 27b), F (Bördelrand 27c), G (Bördelrand 27d), das Verhältnis D < E ≈ F < G. Dies gilt in entsprechender Weise in dem Ausführungsbei­ spiel von Fig. 5 auch für die in der linken Hälfte der Formplatte 6 befindlichen Bör­ delränder 27e, f, g, h, die zu den anderen Bördelrändern spiegelsymmetrisch liegen.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lamellen- Wärmetauschers, hier mit dem Bezugszeichen 1' gekennzeichnet. Gleiche Bezugszei­ chen bezeichnen gleiche Teile. Bei diesem Lamellen-Wärmetauscher 1, der gleichfalls als Vierfach-Wärmetauscher ausgeführt ist, befinden sich der Einlaßabschnitt 4 und der Auslaßabschnitt 5 an einem stirnseitigen Ende des Wärmetauschers 1 (Ende in Richtung der Schichtung). Die Rohrstücke 3 sind hier zunächst ebenfalls aus den Formplatten 6 aufgebaut, die beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist. Zu erwähnen ist, daß es für das Ausführungsbeispiel aus Fig. 6 ff. auf einen eingezogenen Abschnitt 29 am unteren Ende der Formplatte 6 ankommt, in dem ein Verbindungsrohr 28 Platz finden und befestigt werden kann. Der eingezogene Abschnitt 29 befindet sich zwischen den verformten Bereichen 9 zur Bildung der Sammelbehälter 7 etwa symmetrisch in der Mitte der Formplatte 6. Fig. 7 zeigt zwei besondere Formplatten 6a, 6b, die ge­ meinsam ein besonderes Rohrstück 3c bilden, das an einer bestimmten Stelle im Wär­ metauscher 1 eingebaut wird. Die beiden Formplatten 6a, 6b weisen keine eingezo­ genen Abschnitte 29 auf. Demgegenüber ist der tiefgezogene oder verformte Bereich 9b zur Mittellinie der Formplatte 6a bzw. 6b hin so erweitert, daß er sich bis ganz nahe an den anderen, in üblicher Weise gestalteten Bereich 9a erstreckt. Der Bereich 9b überdeckt also weitgehend den Bereich, der bei den anderen Formplatten 6 vom eingezogenen Abschnitt 29 eingenommen wird.

Die Formplatten 6a, 6b, die das Rohrstück 3c bilden, sind mit Ausnahme der Ein­ stecköffnung 40 in der Formplatte 6b spiegelsymmetrisch ausgeführt. Die Funktion der Einstecköffnung 40 wird weiter unten erläutert. In jeder Formplatte sind die zu­ vor erläuterten eingeformten Bereiche 9a, 9b asymmetrisch gestaltet. Alle anderen strukturellen Merkmale, so beispielsweise die Formung des Bereiches 10 zur Bildung des U-förmigen Durchgangs 8, die Ausformung des Vorsprungs 11 und die Ausfor­ mung der Lamellen-Halterabschnitte 12 ist bei diesen Formplatten 6a, 6b genauso wie bei den anderen Formplatten 6.

Wenn nun die beiden Formplatten 6a, 6b an ihren Verbindungsrändern miteinander verbunden, insbesondere also verlötet werden, so werden gleichfalls die Vorsprünge 11 miteinander verlötet und es wird ein geschlossener Sammelbehälter 7 und ein er­ weiterter Sammelbehälter 7a durch die Bereiche 9a bzw. 9b der beiden einander ge­ genüberliegenden Formplatten 6a, 6b, sowie der Bereich 10 gebildet.

Auch bei dem in Fig. 6A dargestellten Wärmetauscher 1 sind die Rohrstücke 3, 3c je­ denfalls in den verformten Bereichen 9 zur Bildung der Sammelbehälter 7 so mitein­ ander ausgerichtet, daß sich die weiter oben schon erläuterten Tankgruppen bilden, nämlich eine erste Tankgruppe 15' und eine zweite Tankgruppe 16', die sich parallel zueinander in Richtung der Schichtung des Wärmetauschers 1 erstrecken (senkrecht zur Strömungsrichtung der Luftströmung durch den Wärmetauscher). In der ersten Tankgruppe 15', in der sich der aufgeweitete Sammelbehälter 7a des Rohrstücks 3c befindet, stehen alle Sammelbehälter über die Verbindungsöffnungen 19 in den ver­ formten Bereichen 9 miteinander in Verbindung. Diese erste Tankgruppe 15' ist aller­ dings durch die Trennebene 17 in zwei Abschnitte getrennt, wobei diese Trennebene 17 sich etwa in der Mitte des Wärmetauschers 1 befindet. In der zweiten Tankgruppe 16' befinden sich in der Tat alle Sammelbehälter über die Verbindungsöffnungen 19 miteinander in Strömungsverbindung.

Wie schon im zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel ist also die erste Tankgruppe 15' in zwei Bereiche unterteilt, nämlich in eine erste Tank-Untergruppe 30, die auch den erweiterten Sammelbehälter 7a des Rohrstücks 3c umfaßt, und in eine zweite Tank- Untergruppe 31, die mit dem Auslaßabschnitt 5 jenseits der Trennebene 17 in Verbin­ dung steht. Von der zweiten Tankgruppe 16' wird eine dritte Tank-Untergruppe 32 gebildet.

Wie zuvor schon erläutert worden ist, befinden sich bei diesem Ausführungsbeispiel der Einlaßabschnitt 4 und der Auslaßabschnitt 5 an einem Ende des Wärmetauschers 1 in Richtung der Schichtung gesehen, und zwar an dem vom Rohrstück 3c entfern­ teren Ende. Vorgesehen sind eine Einlaßleitung 34 und eine Auslaßleitung 35, die dadurch realisiert sind, daß eine spezielle Einlaß-/Auslaß-Formplatte 33 mit einer Endplatte 23 verbunden wird. Die Einlaß-Auslaß-Formplatte 33 erstreckt sich etwa über die halbe Länge der Endplatte 23.

Die Einlaßleitung 34 und der erweiterte Sammelbehälter 7a im Rohrstück 3c stehen miteinander über eine Verbindungsleitung in Strömungsverbindung, die durch das Verbindungsrohr 28 gebildet ist. Dieses ist in den eingezogenen Abschnitten 29 an­ gebracht und mit einer Verbindungsöffnung in der Endplatte 23' (Fig. 6A) und einer Einstecköffnung 40 im erweiterten verformten Bereich 9 der Formplatte 6b des Rohr­ stücks 3c verbunden. Die zweite Tank-Untergruppe 31 und die Auslaßleitung 35 ste­ hen miteinander über eine einfache Verbindungsöffnung in der Endplatte 23' in Ver­ bindung. Dies alles ist beispielsweise auch in Fig. 8 anhand der mit Pfeilen gekenn­ zeichneten Strömungsverläufe nachzuvollziehen.

Im Rohrstück 3c mit dem erweiterten Sammelbehälter 7a sind mehrere zungenartig vorspringende Ausformungen bzw. Bördelränder 36 (36a-36f) im Übergangsbereich von den Bereichen 9 in den Bereich 10 ausgebildet, so wie in Fig. 7 und Fig. 10 dar­ gestellt. Jeweils drei Bördelränder 36 sind in jedem dieser Übergangsbereiche ange­ ordnet. Auffallend ist, daß im Bereich des erweiterten Sammelbehälters 7a alle zun­ genartig vorspringenden Bördelränder 36a, b, c linear in Richtung der Längser­ streckung der Formplatte 6b bzw. des dem U-förmigen Durchgang 8 bildenden Bereichs 10 ausgerichtet sind.

Von den drei Bördelrändern 36a, b, c sind die Abmessungen des Bördelrandes 36c, der der Einstecköffnung 40 für das Verbindungsrohr 28 am nächsten liegt, am größ­ ten, die Breite des Verbindungsrandes, also die für die Verbindung, insbesondere Ver­ lötung zur Verfügung stehende Breite dieses Bördelrandes 36c ist größer als die Breite der anderen Bördelränder 36b, 36a.

Hier ist die Breite des inneren Bördelrandes 36c H, die Breite des mittleren Bördel­ randes 36b I und die Breite des äußeren Bördelrandes 36a J. Das Verhältnis der Brei­ ten erfüllt zunächst die Relation H < I und H < J. Das dargestellte Ausführungsbei­ spiel zeigt ein Beispiel, bei dem sich eine weitere Besonderheit ergibt, nämlich H < I < J. Alternativ ist aber auch die Möglichkeit gegeben H < I ≈ J.

Im ersten Verhältnis, das in Fig. 10 angedeutet ist, kann als Beispiel H = 5,3 mm, I = 4,6 mm und J = 3,3 mm sein. Im letztgenannten Fall ist es beispielsweise zweckmäßig H = 5,33 und I = J = 4,6 mm zu wählen. Die genaue Wahl der Maße wird von den Einflußfaktoren Strömungswiderstand und Strömungsquerschnitt stark beeinflußt.

Im übrigen stimmen die Merkmale dieses Ausführungsbeispiels mit den Merkmalen der anderen Ausführungsbeispiele überein, so daß - bei gleichen Bezugszeichen - eine weitere Beschreibung hier ausgelassen wird.

Das Wärmetauschermedium, das durch den Einlaßabschnitt 4 eingetreten ist, strömt durch das Verbindungsrohr 28 und tritt in den erweiterten Sammelbehälter 7a des Rohrstücks 3c ein. Von dort das Wärmetauschermedium in die erste Tank-Unter­ gruppe 30 verteilt. Von dort strömt das Wärmetauschermedium aufwärts durch die U- förmigen Durchgänge 8 der Rohrstücke 3 der ersten Tank-Untergruppe 30 entlang der dort befindlichen Vorsprünge 11 (erster Durchgang). Nach einem U-Turn um die Vorsprünge 11 strömt das Wärmetauschermedium wiederum abwärts (zweiter Durch­ gang) und erreicht die Tankgruppe auf der gegenüberliegenden Seite in der dritten Tank-Untergruppe 32. Nunmehr strömt das Wärmetauschermedium horizontal weiter durch die Rohrstücke 3, die die dritte Tank-Untergruppe 32 bilden. Es strömt dann aufwärts durch die U-förmigen Durchgänge 8 der Rohrstücke 3 entlang deren Vor­ sprüngen 11 (dritter Durchgang). Hier macht es am Ende wiederum einen U-Turn um die Vorsprünge 11 und strömt anschließend wieder abwärts und erreicht dann die zweite Tank-Untergruppe 31. Nach diesem letzten, dem vierten Strömungsdurchgang strömt das Wärmetauschermedium durch den Auslaßabschnitt 5 (Fig. 8) aus. Wie im zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel ergibt sich ein hervorragender Wärmeaus­ tausch zwischen dem Wärmetauschermedium und den Lamellenflügeln 2 während des vierfachen Durchganges durch die U-förmigen Durchgänge 8 mit einem hervor­ ragenden Wirkungsgrad für die Lufterwärmung oder Abkühlung in diesem Wärme­ tauscher 1.

Fig. 9 zeigt eine Besonderheit bei der Kraftwirkung aus der Strömung des Wärmetau­ schermediums in diesem Ausführungsbeispiel. Im Wandbereich des erweiterten Sam­ melbehälters 7a, der dem Austritt des Verbindungsrohrs 28 gegenüberliegt, trifft das aus dem Verbindungsrohr 28 ausströmende Wärmetauschermedium direkt auf eine große Fläche des verformten Bereichs 9b der Formplatte 6a. Die Verformung, die ten­ denziell hier auftritt, ist gestrichelt dargestellt. Die auftretenden Kräfte sind im Bördel­ rand 36c nächst der Verbindung zum Verbindungsrohr 28 an der Einstecköffnung 40 größer als am Bördelrand 36b und letztlich am Bördelrand 36a. Das ist durch die in durchgezogenen Linien dargestellten, unterschiedlich starken Pfeile in Fig. 9 ange­ deutet. Da nun aber gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 10 die Breite des Bördel­ randes 36c nahe der Einstecköffnung 40 größer ist als die Breite der anderen Bördel­ ränder 36b, 36a, die sich weiter entfernt befinden, ist auch in diesem aufreißgefährde­ ten Bereich eine hinreichende Verbindungsfestigkeit gegeben. Die Aufreißfestigkeit in diesem Bereich ist erhöht, Aufreißschäden sind auch bei Strömung von Wärmetau­ schermedium unter hohem Druck geringer. Bei dem Ausführungsbeispiel mit den zu­ vor erläuterten numerischen Werten wurde eine Erhöhung der Festigkeit um ein bis zwei Prozent bei entsprechenden Aufreißtests festgestellt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß das vorstehende Ausführungsbeispiel in Verbindung mit Rohrstücken für Verdampfer erläutert worden ist. Darauf hinzuweisen ist, daß er­ findungsgemäße Lamellen-Wärmetauscher 1 natürlich für alle anderen Arten von Ein­ sätzen verwendet werden können.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die Abmessungen der zungenartig vor­ springenden Bördelränder dort zu vergrößern, wo die Aufreißgefahr besonders groß ist bzw. wo die Aufreißkräfte besonders hoch sind. Gleichzeitig soll der Strömungs­ widerstand möglichst gering bleiben, also ein möglichst hoher Strömungsquerschnitt gewährleistet bleiben. Im Ergebnis wird eine gleichmäßige Aufreißfestigkeit über den gesamten Querschnitt der Formplatten erzielt, besonders aufreißgefährdete Bereiche werden also durch größere Abmessungen der zur Verbindung dienenden Bördelrän­ der besonders verfestigt.

Claims (13)

1. Wärmetauscher mit Lamellen (2) und Rohrstücken (3), die geschichtet angeord­ net sind, mit folgenden Merkmalen:
jedes Rohrstück (3) weist an einem Längsende ein Paar von parallel nebenein­ ander liegenden Sammelbehältern (7) und einen sich von einem zum anderen Sammelbehälter (7) erstreckenden U-förmigen Durchgang (8) auf;
benachbarte Rohrstücke (3) sind zumindest teilweise über die Sammelbehälter (7) miteinander strömungsverbunden;
in einem oberen, einen Übergang zu dem U-förmigen Durchgang (8) bildenden Bereich des jeweiligen Sammelbehälters (7) sind mehrere zungenartige Ausfor­ mungen (26a-f, 27a-h, 36a-f) vorgesehen, die jeweils paarweise deckungsgleich angeordnet und an den Rändern miteinander verbunden, insbesondere verlötet, sind; und
die Breite der mittleren Ausformung(en) (26b, 26e, 27c, 27f, 27g) und/oder die Breite einer Ausformung (36c), die bei einem speziellen Sammelbehälter (7a) ei­ ner Einstecköffnung (40) für ein Verbindungsrohr (28) am nächsten liegt, ist größer als die Breite der anderen Ausformungen (26a, 26c, 26d, 26f, 27a, 27b, 27e, 27h, 36a, 36b, 36d-f).

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im jeweiligen oberen Bereich jeweils drei Ausformungen (26a, b, c; 26d, e, f) angeordnet sind, wobei die zum Verbinden wirksame Breite der äußersten Ausformung (26a, 26d) A ist, die Breite der mittleren Ausformung (26b; 26e) B ist und die Breite der am nächsten zur Mitte des Rohrstückes (3) bzw. der entsprechenden Formplatte (6) liegenden Ausformung (26c; 26f) C ist, und die Breiten das Verhältnis B < A und B < C aufweisen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß A = C = 3,5 mm und B = 4,5 mm ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß A = C = 3,2 mm und B = 4,3 mm ist.

5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die, bezogen auf die Mittellinie des Rohrstückes (3) bzw. der ent­ sprechenden Formplatte (6) außenliegenden Ausformungen (26a; 26d) und die mittleren Ausformungen (26b; 26e) im wesentlichen geradlinig ausgebildet bzw. ausgerichtet sind in der Richtung, in der sich auch der U-förmige Durchgang (8) erstreckt, und daß die inneren Ausformungen (26c; 26f) nächst eines in der Mitte des Rohrstückes (3) bzw. der entsprechenden Formplatte (6) verlaufen­ den langgestreckten Vorsprungs (11) schräg zur Mittellinie und in Richtung der Vorsprungs (11) verlaufen.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und ggf. Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß in jedem oberen Bereich jeweils vier Ausformungen (27a-h) angeordnet sind, daß die von der Mittellinie des Rohrstückes (3) bzw. der Formplatte (6) ge­ sehen äußeren Ausformungen (27a; 27e) eine zum Verbinden wirksame Breite D, die innersten, nächst der Mittellinie liegenden Ausformungen (27d; 27h) eine Breite G und die verbleibenden Ausformungen (27b, 27c; 27f, 27g) dazwischen Breiten E und F aufweisen und daß das Verhältnis der Breiten D < E ≈ F < G er­ füllt.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfor­ mungen (27a-h) mit Ausnahme der nächst der Mittellinie liegenden Ausformun­ gen (27d; 27h) sich im wesentlichen geradlinig in Richtung der Erstreckung des U-förmigen Durchgangs (8) erstrecken, während die verbleibenden, nächst der Mittellinie befindlichen Ausformungen (27d; 27h) mit einem Winkel in Richtung auf die Mittellinie des Rohrstückes (3) bzw. der Formplatte (6) bzw. den Vor­ sprung (11) verlaufen.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im jeweiligen oberen Bereich jeweils drei Ausformungen (36a, b, c; 36d, e, f) angeordnet sind, daß die zum Verbinden wirksame Breite bei der Ausformung (36c) nächst der Einstecköffnung (40) als H bezeichnet ist, daß die entsprechenden Breiten der anderen Ausformungen (36b, 36a) mit zunehmender Entfernung von der Ein­ stecköffnung (40) als I und J bezeichnet sind und daß das Verhältnis von H, I und J durch H < I und H < J definiert ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von H, I und J durch H < I < J bestimmt ist.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß H = 5,3 mm, I = 4,6 mm und J = 3,3 mm bestimmt ist.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von H, I und J durch H < I = J bestimmt ist.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß H = 5,3 mm, I = = 4,6 mm und J = 4,6 mm bestimmt ist.

13. Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß alle Ausformungen (36a-c) im speziellen Sammelbehälter (7a) li­ near in Richtung der Erstreckung des U-förmigen Durchgangs (8) verlaufen.