DE19826881A1 - Wärmeübertrager, insbesondere Verdampfer - Google Patents

Abstract

Bei einem Wärmeübertrager, insbesondere einem Verdampfer, wird ein Sammelkasten aus Blech vorgesehen, der aus einer vorbereiteten Platine geformt ist. Aus der Platine wird ein im wesentlichen ebener, mit Durchzügen (31, 32) für Flachrohre versehener Boden (25) gebildet, an welchem beidseits um Längskanten abgebogene Teile anschließen, die jeweils wenigstens eine Kammer (16, 17) mit dem Boden (25) bilden und deren Längsränder (28, 29), die im wesentlichen lotrecht zum Boden (25) zurückgeführt sind und flächig aneinanderliegen, mit mehreren Laschen (30) versehen sind, die in Aussparungen des Bodens eingesteckt und auf der Außenseite des Bodens verstemmt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere ei­ nen Verdampfer, mit wenigstens einem Sammelkasten aus Blech, der in Längsrichtung in wenigstens zwei Kammern unterteilt ist und in dessen Boden die Enden von in wenigstens zwei Reihen hintereinander angeordneten Flachrohren eingesetzt sind.

Einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art ist beispiels­ weise aus der DE 43 05 060 A1 bekannt. Die Sammelkästen dieser Bauart sind aus zwei profilierten Blechen zusammengefügt, die an ihren Rändern miteinander verbunden werden. Entsprechend der Anzahl der in Längsrichtung verlaufenden Kammern werden zwi­ schen die zwei profilierten Blechschalen leistenförmige Trenn­ wände eingesetzt. Die Trennwände können entsprechend dem ge­ wünschten Strömungsweg für das Kältemittel abgeschlossen sein oder mit einer Lochung versehen werden. Die Sammelkästen werden mit ihren Endverschlüssen, den Flachrohren und dazwischen ange­ ordneten Wellrippen zusammengefügt und in einem Ofen dichtend verlötet. Die Fügeverbindungen sind weitgehend kraftschlüssige Verbindungen. Obwohl die zusammengefügten Wärmeübertrager rela­ tiv gut aufgrund der kraftschlüssigen Verbindungen zusammenhal­ ten, müssen sie und insbesondere die Sammelkästen relativ vor­ sichtig gehandhabt werden, damit sich die Fügeverbindungen ins­ besondere im Bereich der Sammelkästen nicht während des Lagerns oder dem Transport zu dem Ofen lockern.

Es ist auch bekannt (EP 0 608 439 B1), die Sammelkästen aus einzelnen, parallel zueinander angeordneten Rohren zu bilden. Die Rohre werden später miteinander mittels einer Lötverbindung verbunden. Bei dieser Bauart ist es erforderlich, den Wärme­ übertrager mittels einer zusätzlichen Vorrichtung zusammenzu­ halten, bis das Verlöten in einem Ofen stattfindet. Bei dieser Bauart ist es bekannt, anstelle von einzelnen Rohren extrudier­ te Mehrkammerrohre vorzusehen. Dadurch wird zwar der Zusammen­ halt bis zum Löten verbessert, jedoch ist ebenso wie bei der Verwendung von einzelnen Rohren die Möglichkeit der Strömungs­ führung für das Kältemittel sehr beschränkt. Es ist schwierig, Verbindungen zwischen den einzelnen Rohren oder auch den Kam­ mern eines extrudierten Mehrkammerrohres herzustellen, so daß ein Strömungsweg in der Tiefe des Wärmeübertragers praktisch nur an den Stirnenden der Sammelkästen möglich ist, wozu ein oder mehrere zusätzliche Verbindungsrohre vorgesehen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß insbesondere die Sammelkästen auch vor dem Löten schon eine hohe Festigkeit auf­ weisen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Sammelkasten aus ei­ ner vorbereiteten Platine geformt ist, die einen im wesentli­ chen ebenen, mit Aufnahmen für die Flachrohre versehenen Boden bildet, an welchen beidseits um Längskanten abgebogene Teile anschließen, die jeweils wenigstens eine Kammer mit dem Boden bilden und deren Längsränder, die im wesentlichen lotrecht zu dem Boden zurückgeführt sind und flächig aneinanderliegen.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß der Sammelkasten im wesent­ lichen nur aus einem Bauteil besteht, nämlich einer Blechplati­ ne. Diese Blechplatine läßt sich durch Stanzen in einfacher Weise so vorbereiten, daß sie die gewünschten Abmessungen und auch die benötigten Laschen und Öffnungen oder Aussparungen aufweist. Das Fertigbiegen des Sammelkastens in seine endgülti­ ge Form ergibt einen einteiligen Sammelkasten, der auch vor dem Löten schon eine hohe Festigkeit aufweist.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Längs­ ränder mit mehreren Laschen versehen sind, die in Aussparungen des Bodens eingesteckt und auf der Außenseite verstemmt sind. Damit wird vor dem Löten eine formschlüssige Verbindung gebil­ det.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die aneinander anliegenden, eine Trennwand zwischen den Kammern bildende Längsränder über einen Teil ihrer Länge mit bereits in der Platine angebrachten Aussparungen versehen sind. Auf diese Weise läßt sich ein Strömungsweg in der Tiefe des Wärmeübertra­ gers innerhalb der Sammelkästen in einfacher Weise realisieren, so daß keine zusätzlichen Leitungen o. dgl. notwendig sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Kammern in Längsrichtung mittels einer oder mehrere Quer­ wände unterteilt sind, die in bereits in der Platine vorberei­ tete Aussparungen von außen her eingesteckt sind. Das Anbringen von Querwänden innerhalb der Kammern ist somit ebenfalls in einfacher Weise möglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind für die Stirnenden des Sammelkastens Deckel vorgesehen, die als Blechformteil hergestellt sind und kraftschlüssig anbringbar sind. Eine der­ artige kraftschlüssige Fügeverbindung ist bis zu dem Löten für ein sicheres Halten der Deckel ohne weiteres ausreichend.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß wenigstens einer der Deckel mit einem oder zwei Anschlußstutzen versehen ist, die jeweils zu einer Kammer führen. Damit lassen sich ohne weiteres stirnseitige Zuführ- und Abführanschlüsse realisieren, so daß die in einem Fahrzeug vorhandenen Einlauf­ verhältnisse gut ausnutzbar sind.

Um eine sichere Fügeverbindung zwischen den Deckeln und dem Sammelkasten zu erhalten, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Deckel mit einem umlaufenden, der Kontur der Stirnseite des Sammelkastens entsprechenden, gepräg­ ten Rand versehen sind, an den außen mehrere abgewinkelte La­ schen anschließen. Damit wird nicht nur eine sichere Fügever­ bindung ermöglicht, sondern es werden für ein dichtes Verlöten besonders geeignete enge Spalte verwirklicht.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind zwei Reihen von Flachrohren vorgesehen, die an beiden Enden in Sam­ melkästen eingeführt sind, wobei die Kammern der Sammelkästen derart unterteilt und miteinander verbunden sind, daß für das Kältemittel ein Strömungsweg gegeben ist, der von einer einen Zuführanschluß aufweisenden Stirnseite zunächst innerhalb einer Reihe von Flachrohren mäanderförmig in die Breite, dann in die Tiefe und in der zweiten Reihe von Flachrohren mäanderförmig zurück zur gleichen Stirnseite zu einem Abführanschluß führt. Ein derartiger Wärmeübertrager führt bei seiner Verwendung als Verdampfer zu dem Vorteil, daß eine weitgehend gleichmäßige Temperaturverteilung in der durch den Verdampfer hindurch ge­ führten Luftströmung erhalten wird.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgen­ den Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt eine Frontansicht eines erfindungsgemäßen Ver­ dampfers,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Verdampfers nach Fig. 1,

Fig. 3 einen in größerem Maßstab dargestellten Schnitt ent­ lang der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen in größerem Maßstab dargestellten Schnitt ent­ lang der Linie IV-IV durch einen Sammelkasten der Fig. 1,

Fig. 5 eine Ansicht auf einen zum Verschließen eines Sammel­ kastens des Wärmeübertragers nach Fig. 1 dienenden Deckels von der Innenseite her und

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Wärmeübertrager ist insbeson­ dere für einen Einsatz als Verdampfer in einer Klimaanlage ei­ nes Kraftfahrzeuges geeignet. Er besitzt einen unteren Sammel­ kasten 10 und einen oberen Sammelkasten 11, die mittels Flach­ rohren 12, 13 verbunden sind, die jeweils fluchtend zueinander in zwei Reihen hintereinander angeordnet sind.

Die Sammelkästen 10, 11 sind in Längsrichtung jeweils in zwei Kammern 14, 15 und 16, 17 unterteilt. Die Flachrohre 12 verbin­ den die Kammern 14, 16 und die Flachrohre 13 verbinden die Kam­ mern 15, 17. An die Kammer 14 des Sammelkastens 10 ist auf ei­ ner Stirnseite ein Zuführanschluß 18 für ein Kältemittel ange­ schlossen. Auf der gleichen Stirnseite ist an die Kammer 15 des Sammelkastens 10 ein Abführanschluß 19 angeschlossen. Die Kam­ mer 14 des Sammelkastens 10 ist ausgehend von dem Zuführan­ schluß 18 nach etwa einem Drittel ihrer Länge durch eine Quer­ wand 20 unterteilt. Die Kammer 16 des Sammelkastens 11 ist aus­ gehend von der Zuführseite nach etwa zwei Dritteln ihrer Länge mittels einer Querwand 21 unterteilt. Die Kammer 15 ist ent­ sprechend der Kammer 14 ebenfalls mit einer Querwand in Längs­ richtung unterteilt. Entsprechend ist auch die Kammer 17 in gleicher Weise wie die Kammer 16 des Sammelkastens mittels ei­ ner Querwand unterteilt. In der die Kammern 16, 17 des Sammel­ kastens 11 in Längsrichtung trennenden Trennwand sind in dem Abschnitt zwischen den Querwänden 21 und dem der Zuführ- und Abführseite gegenüberliegenden Ende Verbindungsöffnungen vorge­ sehen, so daß das Kältemittel innerhalb dieses Abschnittes des Sammelkastens 11 eine Umlenkung in der Tiefe erfährt. Dadurch ergibt sich ein Strömungsweg für das Kältemittel, der innerhalb der Reihe der Flachrohre 12 zunächst von der Zuführseite mäan­ derförmig in der Breite zu dem gegenüberliegenden Ende ver­ läuft, dann im Bereich des Sammelkastens 11 in die Reihe der Flachrohre 13 umgelenkt wird und schließlich mäanderförmig in der Breite zu dem Abführanschluß 19 zurückverläuft. Aufgrund dieses Strömungsweges wird die in Richtung des Pfeiles 22 zu­ strömende Luft über die Breite und die Höhe des Verdampfers sehr gleichmäßig gekühlt. Zwischen den Reihen der Flachrohre 12 und der Flachrohre 13, die fluchtend in Strömungsrichtung hin­ tereinander angeordnet sind, sind in bekannter Weise Wellrippen 23 angeordnet. Die jeweils äußeren Wellrippen 23 sind jeweils mittels eines Seitenteils 24 abgedeckt.

Die Sammelkästen 10, 11 sind weitgehend identisch ausgebildet, so daß im nachfolgenden der Aufbau nur anhand des Sammelkastens 11 beschrieben wird. Der Sammelkasten 10 unterscheidet sich von dem Sammelkasten 11 nur dadurch, daß keine Durchbrechungen in der Längstrennwand zwischen den Kammern 14, 15 vorhanden sind.

Der Sammelkasten 11 ist einstückig aus einer vorbereiteten Pla­ tine geformt. Die Platine besteht aus einer Aluminiumlegierung, aus welcher auch die Flachrohre 12, 13, die Wellrippen 23 und die Seitenteile 24 sowie die übrigen noch zu erwähnenden Ele­ mente des Wärmeübertragers bestehen. Die Platine wird zunächst aus einer Platte ausgestanzt, die dann so geformt wird, daß ein ebener Boden 25 gebildet wird, an dessen Längskanten abgebogene Teile 26, 27 anschließen. Die abgebogenen Teile 26, 27 sind in einem Radius zu einer Zylinderfläche gebogen, von der die Längsränder 28, 29 derart abgekantet sind, daß sie parallel zu­ einander aneinander anliegen und im wesentlichen lotrecht zu dem Boden 25 verlaufen. Die Längsränder 28, 29 sind mit mehre­ ren, über ihre Länge verteilt angeordneten Laschen 30 versehen, die durch Aussparungen des Bodens hindurchgesteckt sind und auf der den Flachrohren 12, 13 zugewandten Außenseite verstemmt sind. Auf diese Weise wird ein Sammelkasten 11 mit den beiden Kammern 16, 17 gebildet, der eine relativ hohe Festigkeit auf­ weist, bevor ein Verlöten erfolgt. Die Platine ist lotplat­ tiert oder mit einer Lotbeschichtung versehen.

In dem Boden 25 sind jeweils Durchzüge 31, 32 vorgesehen, in denen die Flachrohre 12, 13 aufgenommen werden. Jeweils im Be­ reich der Längskanten des Bodens 25, von welchem die Teile 26, 27 abgebogen sind, sind die Durchzüge 31, 32 seitlich offen. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, sind die Durchzüge 31, 32 bis dicht an die aneinander anliegenden Längsränder 28, 29 herange­ zogen. Dadurch ergibt sich eine Tiefe für den Wärmeübertrager, die nur geringfügig größer als die Summe der Tiefen der in Fig. 3 und 4 nicht dargestellten Flachrohre 12, 13 ist. Die Längs­ ränder 28, 29 der Teile 26, 27 sind mit miteinander fluchtenden Aussparungen 33, 34 versehen, die sich in dem der Zuführ- und Abführseite abgewandten Abschnitt zwischen der Querwand 21 und dem Ende der Sammelkammer 11 befinden. Die Querwände 21, die in Fig. 3 und 4 nicht dargestellt sind, werden von außen in die Kammern 16, 17 eingeschoben. Bei einer ersten Ausführungsform sind hierzu durchzugartige Schlitze in den Teilen 26, 27 vorge­ sehen, durch welche hindurch die Trennwände 21 von der Seite her eingeschoben werden können. Bei einer alternativen Ausfüh­ rungsform sind die durchzugartigen Schlitze, welche die Trenn­ wände 21 aufnehmen, im Boden 25 vorgesehen, so daß die Trenn­ wände von unten her in die jeweiligen Kammern 16, 17 eingescho­ ben werden.

Bei der Herstellung des Sammelkastens 11 wird zunächst eine ebene Platine gefertigt, insbesondere durch Ausstanzen, in der die benötigten Laschen 30 sowie die später diese Laschen auf­ nehmenden Öffnungen sowie die Aussparungen 33, 34 eingearbeitet werden, insbesondere eingestanzt werden. Danach werden zunächst die Längsränder 28, 29 der Teile 26, 27 abgebogen. Anschließend werden die Durchzüge 31, 32 eingearbeitet. Wenn die Trennwände 21 von dem Boden her in die Kammern 16, 17 eingefügt werden sollen, so werden bei dem Fertigen der Durchzüge 31, 32 im gleichen Arbeitsgang auch die durchzugartigen Schlitze für die Trennwände 21 vorgesehen. Wenn die Trennwände 21 von der Seite her in die Kammern 16, 17 eingeschoben werden sollen, so werden die dafür benötigten Schlitze bereits in die ebene Platine ein­ gearbeitet. Nach dem Fertigen der Durchzüge 31, 32 wird der Sammelkasten 11 fertig in die in Fig. 3 und 4 dargestellte Form gebogen. Anschließend werden die Laschen 30 verstemmt.

Vor dem Verlöten des mit den Flachrohren 12, 13 und den Well­ rippen 23 und den Seitenteilen 24 versehenen Wärmeübertragers werden die Stirnenden der Sammelkästen 10, 11 mittels eingefüg­ ter Deckel 35 verschlossen. In Fig. 5 und 6 ist ein derartiger Deckel 35 dargestellt, der im Bereich der Kammern 14, 15 mit Durchzügen 36, 37 zum Bilden von Anschlußstutzen für die An­ schlüsse 18, 19 versehen ist. Die drei übrigen Stirnenden wer­ den mit Deckeln 35 verschlossen, die keine derartigen Durchzüge 36, 37 aufweisen.

Die Deckel 35 sind als ein Blechpreßteil hergestellt, das einen entsprechend der Kontur der Stirnenden der Sammelkasten 10, 11 umlaufenden, geprägten Rand 38 aufweist. Dieser Rand 38 ist im Bereich der Längsränder 28, 29 mit einer Querprägung versehen, die der Summe der Wandstärken der Längsränder 28, 29 angepaßt ist. Aufgrund des geprägten Randes 38 entsteht eine Stufe, die sich beim Anbringen der Deckel 35 an die Innenwandungen der Sammelkästen 10, 11 anlegt und eine reibschlüssige Fügeverbin­ dung bildet. Diese reibschlüssige Fügeverbindung wird mittels mehrerer Laschen 39 unterstützt, die an dem geprägten Rand 38 anschließen und um 90° abgewinkelt sind. Diese Laschen 39 um­ greifen die Sammelkästen 10, 11 auf der Außenseite.

Im vorstehenden ist die Erfindung anhand eines Wärmeübertragers erläutert worden, der in zwei Reihen angeordnete Flachrohre 12, 13 aufweist, die beispielsweise auch extrudierte Mehrkammerroh­ re sein können, und der entsprechend Sammelkästen 10, 11 mit jeweils zwei getrennten Kammern 14, 15 und 16, 17 aufweist. Selbstverständlich ist es nach dem gleichen Prinzip möglich, auch Wärmeübertrager mit mehr als zwei Reihen von Flachrohren und Sammelkästen mit entsprechend mehr Kammern herzustellen. Die Sammelkästen werden auch in diesem Fall aus einer vorberei­ teten ebenen Platine gebildet, wobei dann die Teile 26, 27 durch einen bis zum ebenen Boden 25 zurücklaufenden Falz noch einmal unterteilt sind.

Claims (10)

1. Wärmeübertrager, insbesondere Verdampfer, mit wenigstens einem Sammelkasten aus Blech, der in Längsrichtung in wenig­ stens zwei Kammern unterteilt ist und in dessen Boden die Enden von in wenigstens zwei Reihen hintereinander angeordneten Flachrohren eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelkasten (10, 11) aus einer vorbereiteten Platine ge­ formt ist, die einen im wesentlichen ebenen, mit den Aufnahmen (31, 32) für die Flachrohre (12, 13) versehenen Boden (25) bildet, an welchem beidseits um Längskanten abgebogene Teile (26, 27) anschließen, die jeweils wenigstens eine Kammer (14, 15, 16, 17) mit dem Boden (25) bilden und deren Längsränder (28, 29), die im wesentlichen lotrecht zum Boden (25) zurückge­ führt sind und flächig aneinanderliegen.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsränder (28, 29) mit wenigstens einer Lasche (30) versehen sind, die in Aussparungen des Bodens (25) eingesteckt und auf der Außenseite des Bodens (25) verstemmt sind.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Aufnahmen für die Flachrohre (12, 13) in den Boden (25) vorzugsweise nach innen gerichtete Durchzüge (31, 32) eingearbeitet sind.

4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander anliegenden, eine Trennwand zwischen den Kammern (14, 15, 16, 17) bildenden Längsränder (28, 29) über einen Teil ihrer Länge mit bereits in der Platine angebrachten Aussparungen (33, 34) versehen sind.

5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (14, 15, 16, 17) der Sammelkä­ sten (10, 11) in Längsrichtung mittels einer oder mehreren Querwände (20, 21) unterteilt sind, die in bereits in der Pla­ tine vorbereitete Aussparungen von außen her eingesetzt sind.

6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Stirnenden der Sammelkästen (10, 11) Deckel vorgesehen sind, die als Blechformteile hergestellt sind und kraftschlüssig anbringbar sind.

7. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Deckel (35) mit einem oder zwei An­ schlußstutzen (36, 37) versehen ist, die jeweils zu einer Kam­ mer (14, 15) führen.

8. Wärmeübertrager nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Deckel (35) mit einem umlaufenden, der Kontur der Stirnseite des Sammelkastens (10, 11) entsprechenden, ge­ prägten Rand (38) versehen sind, an dem außen mehrere abgewin­ kelte Laschen anschließen.

9. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reihen von Flachrohren (12, 13) vorge­ sehen sind, die an beiden Enden in Sammelkästen (10, 11) einge­ führt sind, und daß die Kammern (14, 15, 16, 17) der Sammelkä­ sten derart unterteilt und miteinander verbunden sind, daß für ein Kältemittel ein Strömungsweg gegeben ist, der von einer ei­ nen Zuführanschluß (18) aufweisenden Stirnseite zunächst inner­ halb einer Reihe von Flachrohren (12) mäanderförmig in die Breite, dann in die Tiefe und in der zweiten Reihe von Flach­ rohren (13) mäanderförmig zurück zur gleichen Stirnseite zu ei­ nem Abführanschluß (19) führt.

10. Wärmeübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Reihe von Flachrohren (13), die zu dem Abführan­ schluß (19) führt, auf der Luftzuströmseite liegt.