DE69008681T2

DE69008681T2 - Duplex-Wärmetauscher.

Info

Publication number: DE69008681T2
Application number: DE69008681T
Authority: DE
Inventors: Hironaka Sasaki; Tetsuya Tategami
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1990-12-05
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: EP0431917B1; ATE105398T1; DE69008681D1; US5033540A; EP0431917A1; JPH03177795A; JP2786702B2

Description

Die Erfindung betrifft einen vereinigten Duplex-Wärmetauscher, insbesondere einen Wärmetauscher mit verschiedenen Arten von Wärmetauschereinheiten wie Motorkühler und Kondensatoren für Autoklimaanlagen, wobei die Wärmetauschereinheiten parallel angeordnet und im Duplex-Wärmetauscher vereinigt sind.
Wärmetauscher für Atomobile müssen jetzt einerseits kompakter sein, um den Einbauplatzbedarf zu verringern, und andrerseits mit geringerem Arbeitsaufwand für den Zusammenbau verbunden sein. Daher wird oft ein Paar aus verschiedenartigen Wärmetauschereinheiten zu einem vereinigten Duplex-Wärmetauscher in dem Fall kombiniert, in dem die Wärmetauschereinheiten dicht zusammen angeordnet sind. Beispiele solcher Kombinationen von Wärmetauschereinheiten weisen ein Paar aus einem Motorkühler und einem Kondensator für den Autokühler, ein Paar aus einem Heizkörperkern und einem Verdampfer und ein Paar aus einem Kühler und einem Zwischenkühler auf.
Ein Typ eines solchen vereinigten Wärmetauschers ist bereits in der japanischen Patentanmeldung Kokai 1-247990 offenbart. Dieser Wärmetauscher hat einen Grundaufbau, wie er in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist; eine zweite Wärmetauschereinheit 20, die beispielsweise einen Kondensator für einen Autokühler bildet, ist parallel zu und vor einer ersten Wärmetauschereinheit 10 eingebaut, die einen Kühler bildet. Diese Wärmetauschereinheiten sind zu einem Duplex-Wärmetauscher vereinigt. Die erste Wärmetauschereinheit hat einen solchen Aufbau, daß mehrere flache Röhren 13 parallel zueinander angeordnet und mit einem oberen Wasserkasten 11 und einem unteren Wasserkasten 12 zur Flüssigkeitsleitung verbunden sind. Gewellte Kühlrippen 14 liegen jeweils zwischen einer solchen flachen Röhre und der benachbarten Röhre. In ähnlicher Weise ist die zweite Wärmetauschereinheit so aufgebaut, daß mehrere parallele, flache Röhren 23 an ihren entgegengesetzten Enden mit einem oberen Wasserkasten 21 bzw. einem unteren Wasserkasten 22 verbunden sind, wobei gewellte Kühlrippen 24 zwischen einer solchen flachen Röhre und der nächsten Röhre liegen.
Bei dem vorbeschriebenen vereinigten Wärmetauscher nach der vorgenannten japanischen Patentanmeldung ist, wie in Fig. 6 gezeigt, bereits vorgeschlagen worden, die erste Wärmetauschereinheit und die zweite Wärmetauschereinheit mit denselben gewellten Kühlrippen verbundartig zu versehen, um das Zusammenbauverfahren zu vereinfachen und die Verbindungskraft zwischen den Wärmetauschereinheiten zu verstärken. Entgegengesetzte Enden jeder gewellten Kühlrippe sind jeweils mit der zugehörigen Wärmetauschereinheit verbunden.
Die bekannten, vereinigten Wärmetauscher mit den gemeinsamen, gewellten Kühlrippen verursachen jedoch unvermeidlich thermische Störungen aufgrund der immer gemeinsamen Kühlrippen 14 und 24, die zwischen der ersten Wärmetauschereinheit 10 und der zweiten Wärmetauschereinheit 20 liegen. Wenn die Wärmetauschereinheiten mit verschiedenen Temperaturen arbeiten, beeinflußt die Wärme der einen, bei höherer Temperatur arbeitenden Wärmetauschereinheit die andere, bei niedrigerer Temperatur arbeitenden Wärmetauschereinheit derart, daß der Wirkungsgrad des Wärmetausches verringert wird.
Es ist daher nötig, den Abstand zwischen den Wärmetauschereinheiten 10 und 20 auf ein befriedigendes Maß zu vergrößern, um eine derartige thermische Störung zu vermindern. Dies bringt das ernste Problem mit sich, daß der vereinigte Wärmetauscher, je größer der Abstand ist, desto weniger kompakt entgegen seiner erwarteten Aufgabe wird.
Die frühere Anmeldung EP-A-0367078 offenbart einen vereinigten Duplex-Wärmetauscher mit einer ersten Wärmetauschereinheit, einer zweiten Wärmetauschereinheit, wobei die zwei Wärmetauschereinheiten mit verschiedenen Temperaturen arbeiten, und mit gemeinschaftlichen, gewellten Kühlrippen, die die zwei Wärmetauschereinheiten zu einem Duplex-Wärmetauscher vereinigen, wobei die gewellten Kühlrippen an ihren Mittelteilen in Breitenrichtung ein oder meherere Ausnehmungen aufweisen, die eine Wärmeleitung zwischen den zwei Wärmetauschereinheiten abfangen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, dieses Problem zu bewältigen, nämlich jede bedeutende thermische Störung zwischen der ersten und zweiten Wärmetauschereinheit zu vermeiden, ohne die Kompaktheit eines aus den Wärmetauschereinheiten zusammengesetzten, vereinigten Wärmetauschers zu beeinträchtigen.
Die Erfindung bezieht sich auf einen vereinigten Duplex- Wärmetauscher mit einer ersten Wärmetauschereinheit, einer zweiten Wärmetauschereinheit, wobei die beiden Wärmetauschereinheiten mit verschiedenen Temperaturen arbeiten, und mit gemeinschaftlichen, gewellten Kühlrippen zur Vereinigung der zwei Wärmetauschereinheiten zum Duplex-Wärmetauscher und ist dadurch gekennzeichnet, daß die gewellten Kühlrippen an ihren Mittelteilen in Breitenrichtung ein oder mehrere Schlitze zum Abfangen der Wärmeleitung zwischen den zwei Wärmetauschereinheiten aufweisen und daß diese Schlitze derart ausgebildet sind, daß sie die gewellten Kühlrippen teilweise und wechselweise von einer Kante und von der anderen Kante in entgegengesetzten Richtungen der Kühlrippenhöhe aufspalten.
Ein oder mehrere Schlitze, kreisförmige Löcher oder dergleichen können an den Mittelteilen jeder gewellten Kühlrippe im Kopf- und Fußbereich angeordnet sein. Viele Schlitze gehen abwechselnd von einer der entgegengesetzten Kanten zur anderen Kante der Mittelteile aus und umgekehrt. Diese Anordnung ist sehr vorteilhaft, weil die Länge des Wärmeleitungsweges zwischen den beiden Wärmetauschereinheiten bedeutend erhöht wird.
Es leuchtet ein, daß bei dem Duplex-Wärmetauscher nach der Erfindung die an den horizontalen Mittelteilen jeder gewellten Kühlrippe gebildeten Ausnehmungen die Wärnmeleitung durch die gewellten Kühlrippen von einer Wärmetauschereinheit zur anderen ohne Fehler abfangen. Demzufolge wird die Menge der zwischen den Wärmetauschereinheiten übergehenden Wärme derart merklich vermindert, daß keine der Wärmetauschereinheiten die andere wesentlich thermisch beeinflußt, sogar dann nicht, wenn diese dicht beieinander angeordnet werden. Daher wird die wechselseitige thermische Störung wirksam unterbunden, und es ist nicht mehr nötig, die beiden Wärmetauschereinheiten soweit voneinander zu entfernen, daß die Kompaktheit des vereinigten Duplex- Wärmetauschers beeinträchtigt wird.
Da der Duplex-Wärmetauscher nach der Erfindung so vereinigt aufgebaut ist, daß die gewellten Kühlrippen den beiden Wärmetauschereinheiten gemeinsam zugeordnet sind, kann darüberhinaus der Gesamtaufbau durch einen einzigen Lötvorgang bei genügend hoher Produktivität erfolgen.
Abgesehen von der Vermeidung thermischer Störungen können die Ausnehmungen verhindern, daß kondensiertes Wasser von der Oberfläche eines Verdampfers zum Heizkörperkern in demjenigen Fall fließt, in dem der Verdampfer die erste Wärmetauschereinheit und der Heizkörperkern die zweite Wärmetauschereinheit ist. Daher wird solch kondensiertes Wasser auf dem Verdampfer niemals die Wärmeabstrahlung vom Heizkörperkern behindern.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines vereinigten Duples-Wärmetauschers gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen horizontalen Querschnitt längs der Linie II- II in Fig. 1, der einen Kernteil des vereinigten Duplex-Wärmetauschers teilweise zeigt;
Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht einer nicht montierten, gewellten Kühlrippe, die im Duplex-Wärmetauscher, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, eingebaut ist;
Fig. 4 eine Frontansicht eines bekannten, vereinigten Duplex-Wärmetauschers als ein Ganzes;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Teils des bekannten Wärmetauschers und
Fig. 6 einen horizontalen Querschnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 5, der einen Kernteil teilweise darstellt.
Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte, vereinigte Duplex- Wärmetauscher ähnelt dem bekannten grundsätzlich hinsichtlich des Aufbaus einer ersten Wärmetauschereinheit 10 und einer zweiten Wärmetauschereinheit 20, die beide vereinigt sind. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren 1 bis 3 und den Figuren 4 und 5 kennzeichnen gleiche oder ähnliche Glieder des Duplex-Wärmetauschers. Den beiden Wärmetauschereinheiten 10 und 20 gemeinsam zugeornete, gewellte Kühlrippen 1 sind im Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung jedoch einzigartig verbessert.
Jede gewellte Kühlrippe 1, die die erste Wärmetauschereinheit 10 und die zweite Wärmetauschereinheit 20 zu einem vereinigten Duplex-Wärmetauscher kombiniert, weist im Mittelteil viele Schlitze 2 auf, die als Ausnehmungen für die Unterbindung der Wärmeleitung dienen. Die Schlitze 2 sind enge Längsschlitze und werden durch wechelweises Ausschneiden von Teilen der Kühlrippe 1 von der einen oder der anderen Kante in entgegengesetzten Richtungen gewonnen. Die in Richtung "H" verlaufenden Schlitze 2 in Fig. 3 sind zickzackförmig angeordnet. Wie in Fig. 3 durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist, führt der Wärmeleitungsweg "a" zickzackförmig zwischen den Kühlrippenteilen 14 und 24, wobei der Kühlrippenteil 14 zur ersten Wärmetauschereinheit 10 und der Kühlrippenteil 24 zur zweiten Wärmetauschereinheit 20 gehört. Mit anderen Worten besteht der zickzackförmige Wärmeleitungsweg "a" aus einem fortlaufenden Teil 3 jeder gewellten Kühlrippe, aus dem die Schlitze 2 ausgeschnitten sind, wobei der Wärmeleitungsweg wesentlich verlängert wird.
Bei einer der erwünschten Ausführungen der Schlitze 2, bei der die Höhe "H" der Kühlrippen beispielsweise 5 bis 16mm beträgt, sind zwei oder mehrere Schlitze 2 in abwechselnder, entgegengesetzter Richtung in einem Bereich angeordnet, der sich über die Länge "1" zwischen der ersten Wärmetauschereinheit 10 und der zweiten Wärmetauschereinheit 20 erstreckt. Jeder Schlitz 2 hat eine Höhe "S" von der Größe "0,7H" und einen Mittenabstand "P" zum nächsten Schlitz von der Größe "0,1H" bis "0,3H".
Bei dem vorbeschriebenen, vereinigten Duplex-Wärmetauscher wird nur eine geringe Wärmemenge durch jede gewellte Kühlrippe 1 geleitet, weil der enge Wärmeleitungsweg "a" bedeutend länger als die Länge "1" zwischen den Wärmetauschereinheiten ist. Aufgrund dieses Merkmals kann die Länge "1" zwischen der ersten Wärmetauschereinheit 10 und der zweiten Wärmetauschereinheit 20 so kurz gemacht werden, daß der Duplex-Wärmetauscher als Ganzes kompakter ausgeführt werden kann, und trotzdem werden die unerwünschten thermischen Störungen zwischen den Wärmetauschereinheiten 10 und 20 fast vollständig vermieden.
Die Schlitze 2 können mit der "Teilschlitz- und Biege- Methode" hergestellt werden, um Lappen ähnlich den in den Kühlrippenteilen 14 und 24, die den Wärmetauschereinheiten 10 und 20 zugeordnet sind, vorgesehenen Luftschlitzen 4 zu bilden.

Claims

1. Vereinigter Duplex-Wärmetauscher mit einer ersten Wärmetauschereinheit (10), einer zweiten Wärmetauschereinheit (20), wobei die beiden Wärmetauschereinheiten mit verschiedenen Temperaturen arbeiten, und mit gemeinschaftlichen, gewellten Kühlrippen (1) zur Vereinigung der zwei Wärmetauschereinheiten zum Duplex-Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die gewellten Kühlrippen (1) an ihren Mittelteilen in Breitenrichtung ein oder mehrere Schlitze (2) zum Abfangen der Wärmeleitung zwischen den zwei Wärmetauschereinheiten (10 und 20) aufweisen und daß diese Schlitze derart ausgebildet sind, daß sie die gewellten Kühlrippen teilweise und wechselweise von einer Kante und von der anderen Kante in entgegengesetzten Richtungen der Kühlrippenhöhe aufspalten.

2. Vereinigter Duplex-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste Wärmetauschereinheit (10) als auch die zweite Wärmetauschereinheit (20) ein Wasserkastenpaar (11 und 12) aufweist, daß zwischen den Wasserkästen ein Zwischenraum und eine Anzahl Röhren (21 und 22) liegen, die parallel zueinander zwischen den Wasserkästen angeordnet sind und deren entgegengesetzte Enden in Flüssigkeitsverbindung mit den Wasserkästen stehen, und daß die gewellten Kühlrippen (1) jeweils zwischen zwei benachbarten Röhren angeordnet sind.

3. Vereinigter Duplex-Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe "S" der Schlitze (2) "0,7H" oder mehr beträgt, wobei "H" die Höhe der gewellten Kühlrippen ist, und daß der Mittenabstand "P" der Schlitze voneinander "0,1H" bis "0,3H" beträgt.

4. Vereinigter Duplex-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wärmetauschereinheit ein Kühler zum Kühlen eines Automotors ist und daß die zweite Wärmetauschereinheit ein Kondensator für die Klimatisierung eines Autoraums ist.