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