DE3902046A1 - Waermeaustauscher mit zustandsaenderung eines mediums, wie z.b. ein verdampfer, fuer eine klimaanlage, insbesondere fuer ein kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustau­ scher mit Zustandsänderung eines Mediums, wie z.B. einen Verdampfer, für eine Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.

Ein Verdampfer oder Kondensator enthält üblicherwei­ se eine Vielzahl von Rohrkreisläufen, bestehend aus einer Reihe von parallel verlaufenden U-Rohren, die miteinander durch Rohrprofile verbunden sind, welche so gebogen sind, daß sie für jeden Rohrkreislauf eine Schlange bilden, Schaufeln, durch die die ge­ nannten Kreisläufe hindurchtreten, im wesentlichen lotrecht zu den Rohren und in wärmeleitfähigem Kon­ takt mit diesen, einer Vorrichtung zur Verteilung des Mediums, z.B. eines Kühlmediums nach Art von Fluorkohlenstoff, die mit einem Ende der genannten Kreisläufe verbunden ist, sowie einer Sammelvorrich­ tung für das Medium, die mit dem anderen Ende ver­ bunden ist.

Bei einem derartigen Verdampfer sind die Rohrkreis­ läufe außerdem so angeordnet, daß die zu den genann­ ten Kreisläufen gehörenden, parallel verlaufenden U-Rohr-Segmente so angeordnet sind, daß sich die ge­ nannten Segmente entweder nebeneinander oder über­ einander befinden.

Diese Anordnung ist erforderlich, um eine Zustands­ änderung des Kühlmediums in den Rohrkreisläufen in der Weise zu ermöglichen, daß das genannte Medium nach Wärmeaustausch mit einem anderen Medium, z.B. der den Verdampfer durchströmenden Umgebungsluft, am Austritt der Rohrkreisläufe den gewünschten Zustand aufweist.

Dazu weist die Vorrichtung zur Verteilung des Me­ diums üblicherweise einen Einlaufstutzen auf, der durch dünne oder Kapillarrohre mit den Eintritten der Rohrkreisläufe in einer Weise verbunden ist, daß das genannte Medium für jeden Kreislauf im wesentli­ chen auf gleiche Weise verteilt wird.

Die Sammelvorrichtung für das Medium enthält einen an den Enden geschlossenen hohlen Sammelzylinder, dessen Achse im allgemeinen lotrecht zu den Enden der Kreislaufaustritte verläuft und dessen Umfangs­ wand einerseits Bohrungen aufweist, die zur festen und dichten Aufnahme der Rohrkreislaufaustritte die­ nen, und andererseits eine Bohrung, die ebenfalls auf feste und dichte Weise einen Ansaugstutzen für das Medium aufnimmt, wie dies besser aus dem Doku­ ment US-A-20 88 254 ersichtlich ist.

An dieser Austrittsvorrichtung wurden bestimmte Nachteile festgestellt.

Tatsächlich tritt das an den Eintritten der Kreis­ läufe in flüssiger Form ankommende Medium am Aus­ tritt der genannten Kreisläufe in gasförmiger Form aus und erreicht den Hohlzylinder mit hoher Ge­ schwindigkeit unter Beaufschlagung der Innenwandung des genannten Zylinders und erzeugt aus diesem Grun­ de Lärm sowie Vibrationen, die sich wiederum auf den Verdampfer auswirken können, der in Nähe der Fahr­ zeugkabine angeordnet ist und diese somit nach dort überträgt.

Außerdem bewirkt ein derartiger Sammler Füllungsver­ luste, die zu einem Leistungsverlust führen und im Extremfalle eine vollständige Zustandsänderung des Mediums am Austritt verhindern und gleichzeitig einen Mischzustand des Mediums bestehenlassen, der unzulässig ist.

Vorliegende Erfindung hat den Zweck, diese Schwie­ rigkeiten zu beseitigen, und schlägt dazu einen Verdampfer vor, der mit einer Sammelvorrichtung für das Medium versehen ist, die einfach aufgebaut und wirtschaftlich herzustellen ist und dem Verdampfer die Erreichung maximaler Leistungen ermöglicht.

Der Wärmeaustauscher mit Zustandsänderung eines Mediums, wie z.B. ein Verdampfer, ermöglicht gemäß der Erfindung die Zustandsänderung des in einer Klimaanlage, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, verwendeten Mediums und besitzt durch Schaufeln hin­ durchtretende Rohrkreisläufe, eine Vorrichtung zur Verteilung der Flüssigkeit im Primärzustand, die einen Eintrittsstutzen für das Medium mit den Ein­ gängen der Rohrkreisläufe verbindet, und eine Sam­ melvorrichtung für das Medium nach erfolgter Zu­ standsänderung, die die Austritte der Rohrkreisläufe mit einem Ansaugstutzen verbindet, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung in der Verlängerung des Ansaugstutzens aus einem zylindri­ schen Teil besteht, der eine größere radiale Abmes­ sung aufweist und koaxial zum genannten Stutzen an­ geordnet ist.

Daher befindet sich die Sammelvorrichtung in der Verlängerung des Ansaugstutzens, wodurch ein Fül­ lungsverlust des Mediums vermieden wird, welches aus den Rohrkreisläufen austritt und in den genannten Stutzen gelangt.

Gemäß einem anderen Merkmal trägt der zylindrische Teil an der Abschlußfläche, die der Fläche mit dem Stutzen gegenüberliegt, wenigstens zwei Aufnahmeboh­ rungen für die Austritte, die mit dem genannten Stutzen in Verbindung stehen.

Gemäß einem anderen Merkmal verläuft die Achse der Bohrungen im wesentlichen parallel zur Achse des zylindrischen Teils.

Gemäß einem weiteren Merkmal besitzen die Bohrungen an den Innenenden einen konischen Teil, dessen Koni­ zität sich in Richtung der den Stutzen tragenden Fläche reduziert.

Dank den oben beschriebenen Merkmalen beaufschlagt das Medium nicht mehr eine zylindrische Fläche, son­ dern hat einerseits eine Umlaufrichtung, die mit der Stutzenrichtung identisch ist, und wird andererseits mit den konischen Teilen zum genannten Stutzen hin abgeleitet.

Gemäß einem weiteren Merkmal handelt es sich bei dem zylindrischen Teil um einen rohrförmigen Teil.

Gemäß einem anderen Merkmal weist der genannte zylindrische Teil einen größeren Durchmesser auf als der Ansaugstutzen und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiger konischer Teil zwischen dem genannten zylindrischen Teil und dem genannten koni­ schen Teil eingefügt ist.

Somit bildet die aus dem rohrförmigen Teil und dem konischen rohrförmigen Teil bestehende Einheit eine Sammelvorrichtung für das Medium, die äußerst ein­ fach und kostengünstig herzustellen ist.

Die übrigen Merkmale und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, worin auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die folgendes darstellen:

Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Wärmeaustau­ schers mit der Sammelvorrichtung gemäß der Erfin­ dung;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht entsprechend Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Teilschnittansicht der Sammelvor­ richtung gemäß der Erfindung entlang der Linie A-A aus Fig. 1;

Fig. 4 ist ein Teilaufriß eines Wärmeaustauschers mit einer Variante der Sammelvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 ist eine Vorderansicht eines Wärmeaustau­ schers mit einer Variante der Sammelvorrichtung ge­ mäß der Erfindung;

Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B aus Fig. 5;

Fig. 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C aus Fig. 5;

Fig. 8 ist eine Schnittansicht einer Variante der Fig. 7.

Wir nehmen Bezug auf die Fig. 1 und 2, in denen der Wärmeaustauscher 1, hier ein Verdampfer, der die Zustandsänderung eines durchströmenden Kühlmediums wie z.B. Fluorkohlenstoff erlaubt, aus einer Reihe von parallel zueinander verlaufenden U-Rohren 2 be­ steht, die durch Rohrprofile 3 verbunden sind, die so gebogen sind, daß sie einen Rohrkreislauf 4 oder Schlangen bilden, Schaufeln 5, durch die wenigstens zwei Rohrkreisläufe 4, in diesem Falle vier Stück, hindurchtreten, im wesentlichen lotrecht zu den Roh­ ren und in wärmeleitfähigem Kontakt mit denselben. Diese Kreisläufe 4 besitzen einerseits jeweils ein Ende oder einen Eintritt 6, der der Zuleitung des Kühlmediums im ursprünglichen Zustand dient, wobei diese Zuleitung durch eine in der Figur nicht dar­ gestellte Verteilungsvorrichtung vonstatten geht, mit einem Eintrittsstutzen und dünnen oder Kapil­ larrohren 7, die mit den Eintritten 6 verbunden sind, und andererseits ein anderes Ende oder einen anderen Austritt 8, der der Ableitung des Mediums nach Zustandsänderung in eine Sammelvorrichtung 9 dient, die mit dem Ansaugstutzen 10 verbunden ist.

Wie aus den Figuren besser ersichtlich, besteht die Sammelvorrichtung 9 in der Verlängerung des Stutzens 10 aus einem zylindrischen Teil 11, dessen radiale Abmessung größer ist als der genannte Stutzen und der koaxial dazu angeordnet ist.

Diese Vorrichtung 9 verbindet in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Austritte 8 der Kreisläufe 4 mit dem Ansaugstutzen 10 über die Rohre 12, die auf feste und dichte Weise mit diesen verbunden sind.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wonach der zylindrische Teil 11 ein zylindrisches Stück 13 ist, dessen parallel verlau­ fende und einander gegenüberliegende Abschlußflächen 14,15 dazu geeignet sind, den Stutzen 10 bzw. die Rohre 12 aufzunehmen, die mit den Austritten 8 so verbunden sind, daß die genannten Rohre mit dem ge­ nannten Stutzen in Verbindung stehen.

Dieses Stück 13 besitzt auf der Fläche 14 eine erste Bohrung 16, deren Tiefe und Durchmesser die koaxiale Aufnahme des Ansaugstutzens 10 auf feste und dichte Weise zu ermöglichen. Diese erste Bohrung setzt sich in einer zweiten Bohrung 17 fort, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Stutzens 10 ist und deren Ende 18 von konischer Form, die sich aus dem Bohrvorgang ergibt, in einem Abstand zur Fläche 15 angeordnet ist.

Die gegenüberliegende Fläche 15 wiederum besitzt wenigstens zwei gleiche Bohrungen 19, in diesem Fal­ le vier Stück, deren Achse parallel zur Achse der Bohrung 17 verläuft und die am Umfang und in radia­ ler Richtung im Verhältnis zur Achse der Bohrung 17 den gleichen Abstand zueinander aufweisen. Diese Bohrungen, deren Abmessungen sich für die feste und dichte Aufnahme der Rohre 12 eignen, setzen sich in Bohrungen 20 fort, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der genannten Rohre ist und die an den inneren Enden einen konischen Teil 21 aufweisen, dessen Konizität sich in Richtung der Fläche 14 reduziert.

Außerdem ist der Durchmesser der Bohrung 17 in der Praxis im wesentlichen gleich der Summe aus den Durchmessern der Bohrungen 20.

Die Bohrungen 20 und ihre konischen Aufnahmeteile 21 sind am Umfang und radial zur Achse der Bohrung 17 in der Weise angeordnet, daß die genannten Bohrungen und die genannten konischen Teile teilweise in die Bohrung 17 einmünden, und zwar über Verbindungen 22, 23, die durch teilweise Überschneidung der Bohrungen 20 mit der Bohrung 17 bzw. des Endes 18 und der ko­ nischen Teile 21 mit der Bohrung 17 gebildet werden.

Aufgrund dieser Konfiguration gelangt somit das Me­ dium nach erfolgter Zustandsänderung, im allgemeinen in Gasform, zum Eintritt der Sammelvorrichtung und in die Bohrungen 20 und mündet in die Bohrung 17 ein, einerseits über die Verbindung 22 und anderer­ seits wird es durch die konischen Teile 21 zur Ver­ bindung 23 hin abgeleitet.

Aufgrunddessen wird das Medium einerseits dem Stut­ zen 10 zugeleitet, ohne eine lange Strecke zurückle­ gen zu müssen, wodurch der Füllungsverlust des ge­ nannten Mediums verbessert wird, und andererseits dringt es in die Sammelvorrichtung 9 ein, ohne eine lotrechte Wand in Ablaufrichtung zu beaufschlagen, sondern indem es vielmehr Wände erreicht, die im Verhältnis zur gleichen Ablaufrichtung geneigt sind, und wird zur Verbindung 23 abgeleitet. Diese Ablei­ tungen, die auf die konischen Teile 21 zurückzufüh­ ren sind, erlauben eine Reduzierung der Lärmbela­ stung, die üblicherweise vom Medium an der Sammel­ vorrichtung bewirkt wird.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante der Sam­ melvorrichtung 9, bei der der zylindrische Teil 11, dessen radialer Durchmesser und dessen Achse gleich derjenigen des Stutzens 10 ist, aus einem rohrförmi­ gen Teil 24 besteht, der mit dem Stutzen 10 über einen konischen rohrförmigen Teil 25 verbunden ist, dessen Funktion im wesentlichen die gleiche ist wie die der weiter oben beschriebenen konischen Teile 21.

Die rohrförmigen zylindrischen Teile 24 und 25 wer­ den vorteilhafterweise durch ein als Aufweitung (evasage) bezeichnetes Verfahren direkt aus dem Ende des Stutzens 10 hergestellt, so daß man außer diesen verschiedenen Teilen einen konischen Teil 26 er­ hält, dessen Funktion weiter unten beschrieben ist.

Wie in den Fig. 5 und 6 besser zu erkennen, eig­ net sich der Teil 24 zur festen und dichten Aufnahme der Enden der mit den Austritten 8 der rohrförmigen Kreisläufe 4 verbundenen Rohre 12, und zwar auf sol­ che Weise, daß die Achsen der Rohrenden parallel zur Achse des genannten Teils verlaufen.

Dazu sind die Enden der Rohre 12 in einer Weise an­ geordnet, in der die Außenwand jedes Endes am Umfang jeweils mit der Außenwand der beiden anderen Enden in Berührung steht.

In dem oben beschriebenen Beispiel ergeben die Enden der Rohre 12, in diesem Falle vier Stück, die Konfi­ guration, bei der die beiden Achsen, die jeweils durch die Längsachse eines ersten Endes bzw. durch die Längsachse jedes mit dem ersten Ende in Berüh­ rung stehenden Endes hindurchverlaufen, im wesentli­ chen orthogonal zueinander angeordnet sind.

Die so angeordneten Enden der Rohre 12 sind gegen­ über dem rohrförmigen zylindrischen Teil 24 angeord­ net und durch den konischen Teil 26 geführt und in den genannten Teil bis zum Kontakt mit der Innenwand des konischen rohrförmigen Teils 25 eingeführt.

Ist diese Position erreicht, so genügt es, in den freien Raum zwischen der Innenwand des rohrförmigen Teils 24 und der Außenwand des Endes jedes Rohrs 12 ein Material einzuführen, das dazu geeignet ist, diese verschiedenen Teile auf feste und dichte Weise miteinander zu verbinden, und bei diesem Material kann es sich beispielsweise um Hartlot handeln.

Wie aus den Fig. 7 und 8 besser ersichtlich, sind die Enden der Rohre 12, um eine zu große Materialzu­ führung zu vermeiden, vorzugsweise so ausgebildet, daß zwar die Außenwand jedes Endes am Umfang jeweils mit der Außenwand der beiden anderen Enden in Berüh­ rung steht, daß jedoch der freie Raum zwischen der Innenwand des Teils 24 und der Außenwand jedes Rohrs 12 weitestgehend reduziert wird.

Dazu sind, wie in Fig. 7 dargestellt, die Enden der in den Teil 24 eingeführten Rohre 12 so verformt, daß im Querschnitt zwei lotrechte flache Wände 27, 28 entstehen, deren Länge im wesentlichen gleich dem Innenhalbmesser des Teils 24 ist und die an einem Ende miteinander verbunden sind und deren andere Enden miteinander durch einen zylindrischen Wandteil 27 verbunden sind, dessen Außenhalbmesser ebenfalls im wesentlichen gleich dem Innenhalbmesser des rohr­ förmigen Teils 24 ist.

Somit befinden sich die flachen Wände 27,28 eines Rohrendes 12 im wesentlichen in einem flachen Kon­ takt mit einer der Wände 28 bzw. 27 der beiden ande­ ren Rohrenden, während der zylindrische Wandteil 29 mit der Innenwand des Teils 24 in Berührung steht, wobei die verschiedenen Teile und Wände anschließend miteinander auf feste und dichte Weise verbunden werden.

Fig. 8 zeigt eine Variante, bei der der rohrförmige Teil 24 einen polygonalen Querschnitt aufweist, in diesem Falle ein unregelmäßiges Viereck, mit den Maßen 34, 35, 36, 37 jeweils paarweise parallel, geeig­ net zur Aufnahme der Rohrenden 12.

Wie aus der Figur besser ersichtlich, haben die Enden der Rohre 12 eine ähnliche Querschnittsform wie der Teil 24 und weisen daher jeweils paarweise parallel verlaufende flache Wände 30, 31, 32, 33 auf, die im Querschnitt ein Viereck bilden.

Diese flachen Wände 32, 33 stehen im wesentlichen in flachem Kontakt mit einer der flachen Wände 33 oder 32 der beiden anderen Rohrenden, während die Wände 30, 31 im wesentlichen in flachem Kontakt mit einer der flachen Wände 34 oder 35 oder 36 oder 37 des rohrförmigen Teils 24 stehen.

Wie weiter oben beschrieben, reicht es aus, die ver­ schiedenen Wände auf feste und dichte Weise mit­ einander zu verbinden.

Vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebe­ nen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern schließt alle Varianten ein.

Insbesondere die Form des rohrförmigen zylindrischen Teils 24 kann sich von der beschriebenen Form unter­ scheiden, z.B. kann sie sechseckig sein. In diesem Falle kann in Betracht gezogen werden, die Enden der Rohre mit ähnlicher oder anderer Form auszuführen wie den Teil 24, oder die Rohrenden können ganz oder teilweise unterschiedliche Formen aufweisen, wie z.B. viereckig und dreieckig oder viereckig und sechseckig, so daß das Innenvolumen des zylindri­ schen Teils 24 optimal ausgenutzt wird.

Claims (10)

1. Wärmeaustauscher mit Zustandsänderung eines Mediums, wie z.B. ein Verdampfer, der die Zustands­ änderung des in einer Klimaanlage verwendeten Me­ diums ermöglicht, insbesondere für ein Kraftfahr­ zeug, mit Rohrkreisläufen (4), die quer durch Schau­ feln (5) verlaufen, einer Vorrichtung zur Verteilung des Mediums im Primärzustand, wobei ein Einlaufstut­ zen für das Medium mit den Eingängen (6) der Rohr­ kreisläufe (4) verbunden wird, und einer Vorrichtung zur Sammlung des Mediums nach Zustandsänderung, wo­ bei die Austritte (8) der Rohrkreisläufe (4) mit einem Ansaugstutzen (10) verbunden werden, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung (9) in der Verlängerung des An­ saugstutzens (10) aus einem zylindrischen Teil (11) mit größerer radialer Abmessung besteht, der koaxial zum genannten Stutzen angeordnet ist.

2. Austauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindri­ sche Teil (11) an der Abschlußfläche (15), die der den Stutzen (10) tragenden Fläche (13) gegenüber­ liegt, wenigstens zwei Bohrungen (20) für die Auf­ nahme der Austritte (8) aufweist, die mit dem ge­ nannten Stutzen in Verbindung stehen.

3. Austauscher gemäß Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Achse der Bohrungen (20) im wesentlichen parallel zur Achse des zylindrischen Teils (11) verläuft.

4. Austauscher gemäß einem der vorangegangenen An­ sprüche dadurch gekennzeich­ net, daß die Bohrungen (20) an ihren inneren Enden einen konischen Teil (21) aufweisen, dessen Konizität sich in Richtung auf die den Stutzen (10) tragende Fläche (13) reduziert.

5. Austauscher gemäß einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bohrungen (20) radial und am Umfang im gleichen Abstand zueinander im Verhältnis zur Achse des zylindrischen Teils (11) angeordnet­ sind.

6. Austauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindri­ sche Teil (11) ein rohrförmiger Teil (24) ist.

7. Austauscher gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte zylindrische Teil (11) einen größeren Durchmesser aufweist als der Stutzen (10) und daß ein rohrförmi­ ger konischer Teil (24) zwischen dem genannten zy­ lindrischen Teil und dem genannten Stutzen eingefügt ist.

8. Austauscher gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Rohre (12), die im rohrförmigen Teil (24) sitzen, so ausgebildet sind, daß zwei flache Wände (27, 28) entstehen, die an einem Ende lotrecht zueinander verlaufen und an den anderen Enden durch einen zylindrischen Wandteil (29) verbunden sind.

9. Austauscher gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Teil (24) einen polygonalen Quer­ schnitt (34, 35, 36, 37) aufweist.

10. Austauscher gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Rohre (12) einen polygonalen Querschnitt (30, 31, 32, 33) aufweisen.