EP0029859B1

EP0029859B1 - Wärmetauscher für Verdampfer, insbesondere für Klimaanlagen

Info

Publication number: EP0029859B1
Application number: EP19790104746
Authority: EP
Inventors: Hermann Haesters; Erich Altdorf; Siegfried Lorenz; Bernd Forsting
Original assignee: Ford Werke GmbH; Ford France SA; Ford Motor Co Ltd
Current assignee: Ford Werke GmbH; Ford France SA; Ford Motor Co Ltd
Priority date: 1979-11-29
Filing date: 1979-11-29
Publication date: 1983-06-01
Also published as: EP0029859A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für Verdampfer, insbesondere für Klimaanlagen, mit einem Aufbau entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung geht hierbei von einem Wärmetauscher aus, wie er in der DE-B-27 28 827 der Anmelderin vorgeschlagen ist, bei dem die Festigkeit der Verbindung zwischem den Wasserrohren aus Metall und den Anschlußkästen aus Kunststoff derart erhöht wurde, daß für den kundigen Fachmann die Anwendung dieser Bauform nunmehr auch bei Verdampfern, mit ihren höheren Druckbeanspruchungen, in Betracht gezogen werden konnte.
Weiterhin ist der DE-A-2 735 647 ein Wärmetauscher als bekannt zu entnehmen, bei dem in Anschlußkästen aus Aluminium Verteil-und Sammelräume mit jeweils mehreren Einführ- bzw. Rückführöffnungen angeordnet sind.
Bei diesen bekannten Verdampfern müssen die vielen Durchführungen der Verdampferrohre in die Anschlußkästen durch verhältnismäßig aufwendige Einroll- oder Aufweitvorgänge hergestellt werden, die neben der teueren maschinellen Einrichtung noch den Nachteil aufweisen, daß solche Verbindungen verhältnismäßig störanfällig sind.
Weiterhin ist nach der DE-A-2 300 881 ein Wärmetauscher für Verdampfer bekannt, bei dem eine für einen guten Wirkungsgrad eines Verdampfers erwünschte, möglichst gleichmäßige Verteilung des flüssigen Kühl- bzw. Kältmittels auf die Vielzahl von Wärmetauscherrohren durch eine aufwendige mehrteilige Gestaltung des Anschlußkastens gelöst werden soll, bei dem jeweils zwei Wärmetauscherrohre über eine als Einlaßtank bezeichnete Kuppel zusammengefaßt sind und mehrere dieser Kuppeln wieder über eine Rohrleitung zusammengefaßt werden. Die Rohrleitung und die Kuppeln werden hierbei von einem äußeren Anschlußkasten umfaßt, der den Rückführraum bildet.
Bei dessen bekannten Verdampfern ist für die günstige Verteilung des Kühl- bzw. Kältemittels ein aufwendiger, mehrteiliger Aufbau des Anschlußkastens erforderlich, dessen einzelne Blechbauteile in arbeitsaufwendigen Lötoperationen miteinander verbunden werden müssen.
Obwohl auf den naheliegenden, technischen Sachgebiet der Wärmetauscher in den letzten Jahren einfachere Bauformen mit aus Kunstoff bestehenden Abschlußkästen bekanntgeworden sind, konnte diese bei Wärmetauschern mittlerweile in die Großserienfertigung eingeführte Bauform nicht bei Verdampfern angewendet werden, da die bisher erzielte Festigkeit der Verbindung zwischen den Wasserrohren aus Metall und den Anschlußkästen aus Kunststoff nicht ausreichte, um den bei Verdampfern, insbesondere für Klimaanlagen auftretenden Betriebsdrücken bis zu ca. 40 bar standzuhalten.
Durch die erstgenannte, ältere Anmeldung der Anmelderin wurde jedoch eine Verbindung von Wasserrohren aus Metall und Anschlußkästen aus Kunststoff geoffenbart, deren Festigkeit gegenüber den bisher üblichen Verbindungen wesentlich höher lag, so daß diese Bauform auch für Verdampfer in Betracht gezogen werden konnte.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der bei normalen Wärmetauschern bekannten Anwendung von Anschlußkästen aus Kuntstoff einen solchen Anschlußkasten für einen Wärmetauscher für Verdampfer zu entwickeln, der den besonderen Erfordernissen bei Verdampfern, nämlich der möglichst gleichmäßigen Verteilung des flüssigen Kühl- bzw. Kältemittels durch eine entsprechende konstruktive Gestaltung Rechnung trägt, wesentlich einfacher und kostengünstiger in der Herstellung ist und eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Verdampfers durch Vermeidung unerwünschter Kälteverluste außerhalb der eigentlichen Wärmetauscherzone ermöglicht.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Verdampfer der im Oberbegriff angegebenen Bauart die im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 aufgezeigten Merkmale aufweist.
Dadurch, daß der Anschlußkasten aus einem Verteilerteil und einem Anschlußteil besteht, die miteinander über eine Nut- Feder- Verbindung vermittels eines aushärtbaren Kunststoffes abgedichtet und festverbunden sind, wird die Herstellung eines solchen Anschlußkastens vereinfacht und damit dessen Herstellungskosten verringert.
Dadurch, daß im Verteilerteil mehrere, jeweils eine Vielzahl von Einspritzöffnungen bzw. eine Vielzahl von Rückführöffnungen zusammenfassende, parallel zueinanderliegende Einspritz- und Rückführräume ausgebildet sind, die wieder über zwei diese entsprechend zusammenführende Sammelräume zusammengefaßt werden, werden die Einspritz- und Rückführwege des Kältemittels zum einen auf einem erstrebten Kleinstmaß gehalten und zum anderen in isolierendem Kunststoff geführt, so daß der bei bekannten Verdampfern kaum vermeidbare Kälteverlust unterbunden und damit die effektive Kühlleistung des Verdampfers erhöht wird.
Durch den Wegfall jeglicher Metallschmelz-oder Lötverbindungen wird die Verwendung von Verdampferröhren aus Aluminium ermöglicht, wodurch sich bei etwa gleichen Herstellungskosten erhebliche Gewichtseinsparungen erzielen lassen, wie sie insbesondere für Verdampfer in Kraftfahrzeugen und dergleichen angestrebt werden.
Die Ausbildung der Anschlußrohre für das Einspritzventil und die Kompressorsaugleitung in einem Stück mit dem Anschlußteil und mit angeformten Bünden ermöglicht eine weitere Vereinfachung der Herstellung, wobei die Montage mittels geteilter, klappbarer Überwurfmuttern nach wie vor einfach und in zuverlässiger Weise erfolgen kann.
Die Erfindung wird anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht eines Verdampferblockes mit einem noch nicht montierten, teilweise im Schnitt gezeigten Anschlußkasten;
Fig. 2 ene Ansicht des Anschlußteiles in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Ansicht des Anschlußteiles in Richtung des Pfeiles 111 in Fig. 2;
Flg. 4 eine Ansicht des Verteilerteiles in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1;
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4;
Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5;
Fig. 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles VII in Fig. 4;
Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 4;
Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX in Fig. 4.

Der in den Figuren gezeigte Verdampferblock besteht aus einem Anschlußkasten 1 aus Kunststoff, der mit einem durch Luftleitlamellen 2 aus Aluminium zusammengehaltenem Rohrbündel von Verdampferrohren 3 aus Metall über einen der Rohrenden einbettenden aushärtbaren Kunststoff 4 abgedichtet und fest verbunden ist.
Der Anschlußkasten 1 besteht hierbei aus einem Verteilerteil 5 und einem Anschlußteil 6, deren Aufbau nachfolgend im Zusammenhang mit den entsprechenden Figuren näher erläutert wird.
In Fig. 2 ist der Anschlußteil 6 gezeigt. Er weist ein Anschlußrohr 7 für das Einspritzventil 8 und ein Anschlußrohr 9 für die Kompressorsaugieitung (nicht gezeigt) auf. Beide Anschlußrohre 7 und 9 sind an ihren Enden mit einstückig angeformten Bünden 10 versehen, über die sie über geteilte, klappbare Überwurfmuttem 11 unter Zwischenschaltung eines Dichtringes 12 in einer Gewindebohrung 13 im Einspritzventil 8 bzw. an der Kompressorsaugleitung befestigt werden können.
Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist die Anschlußseite des Anschlußteiles 6 mit ineinanderübergehenden, endlose Schleifen bildenden Nuten 14 und 15 versehen, deren Zweck nachfolgend noch erläutert wird.
In Fig. 4 ist das Verteilerteil 5 gezeigt. Es weist einen Boden 16 auf, von dem eine Vielzahl von Rohrstutzen 17 hochragen, die von axial offene Ringnuten 18 bildenden Ringstegen 19 umfaßt werden.
Die Rohrstutzen 17 bilden hierbei eine Vielzahl von mit E bezeichneten Einspritzöffnungen und eine Vielzahl von mit R bezeichneten Rückführöffnungen. Jeweils ein Rohrstutzen einer Einspritzöffnung E ist mit dem Eintrittsende eines U-förmig verlaufenden Verdampferrohres 3 verbunden, dessen Austrittsende mit den in gestrichelten Linien (Figur 4) angedeuteten benachbarten Rohrstutzen der Rückführöffnung R verbunden ist.
Jeweils eine Vielzahl von Einspritzöffnungen E bzw. eine Vielzahl von Rückführöffnungen R werden über parallel zueinanderliegende, rohrförmige Einspritz- und Rückführräume Eo bzw. Ro an der Anschlußseite des Verteilerteiles 5 über zwei Sammelräume Es bzw. Rs entsprechend zusammengeführt.
Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, werden die Sammelräume Es und Rs von ineinanderübergehende, endlose Schleifen bildende Federn 20 und 21 umfaßt.
Wie sich aus einer Betrachtung der Fig. 3 und der Fig. 7 ergibt, ist der Verlauf der Nuten 14 und 15 an der Anschlußseite des Anschlußteiles 6 übereinstimmend mit dem Verlauf der Federn 20 und 21 and der Anschlußseite des Verteilerteiles 5. Durch Einbringen eines aushärtbaren Kunststoffes in die Nuten 14 und 15, Einsenken der Federn 20 und 21 in die mit Kunststoff gefüllten Nuten und darauffolgendem Aushärten des Kunststoffes werden der Verteilerteil 5 mit dem Anschlußteil 6 des Anschlußkastens 1 abgedichtet und fest verbunden.
Darauffolgend können die am Boden 16 des Verteilerteiles 5 vorhandenen axial offenen Ringnuten 18 mit einem aushärtbaren Kunststoff 4 gefüllt werden und hierauf die Rohrenden des aus einer Vielzahl von Verdampferrohren 3 aus Metall bestehenden Rohrbündels durch Einsenken in die mit aushärtbarem Kunststoff gefügten Ringnuten und nachfolgendem Aushärten des Kunststoffes mit dem Anschlußkasten 1 abgedichtet und fest verbunden werden.
Die Ausbildung der am Boden 16 des Verteilerteiles 5 hochragenden Rohrstutzen in Verbindung mit den den aushärtbaren Kunststoff 4 aufnehmenden Ringnuten 18 und den diese umschließenden Ringstegen 19 und den auf die Rohrstutzen 17 aufschiebbaren und in die Ringnuten einsenkbaren Rohrkragen der Verdampferröhren 3 aus Metall wird entsprechend der Lehre der DE-B-27 28 827 ausgeführt, um eine entsprechend hohe Festigkeit der Verbindung zwischen dem Anschlußkasten 1 aus Kunststoff und den Verdampferrohren 3 aus Metall sicherzustellen.
Aus den in den Figuren 8 und 9 gezeigten Schnitten durch das Verteilerteil 5 des Anschlußkastens 1 ist der Übergang der rohrförmigen Einspritz- und Rückführräume Eo und Ro in die entsprechenden Sammelräume ES und RS zu ersehen.
Die zweiteilige Ausführung des Anschlußkastens 1 ermöglicht eine einfache Herstellung der jeweiligen Einzelbauteile, des Verteilerteiles 5 und des Anschlußteiles 6 und die Verbindung dieser beiden Bauteile praktisch im Zuge der Herstellung der Verbindung zwischen dem Anschlußkasten 1 und dem Rohrbündel von Verdampferrohren 3.
Das Einbringen des aushärtbaren Kunststoffes in die Nuten 14 und 15 des Anschlußteiles 6 kann hierbei etwa gleichzeitig zum Einbringen des Kunststoffes in die Ringnuten 18 am Verteilerteil 5 erfolgen, hierauf können die beiden Teile des Anschlußkastens 1 als auch die Verdampferrohre 3 mit dem Anschlußkasten 1 zusammengebracht werden und der gesamte Verdampferblock in einer Aushärtoperation fertiggestellt werden.
Die Tiefen der Nuten 14 und 15 in Verbindung mit der Höhe der Federn 20 und 21 und der flanschartigen Ausbildung der Anschlußseiten der beiden Bauteile des Anschlußkastens 1 sorgen hierbei dafür, daß der aushärtbare Kunststoff bis zum Aushärtvorgang nicht in unerwünschter Weise ablaufen kann. Die Nut-Feder-Verbindung der beiden Bauteile des Anschlußkastens 1 sichert eine Verbindung hoher Festigkeit, die den Betriebbeanspruchungen eines Verdampfers voll gerecht werden.

Claims

Wärmetauscher für Verdampfer, insbesondere für Klimaanlagen mit einem einzigen, in einen Vor-, und einen Rücklaufraum unterteilten Anschlußkasten (1) aus Kunststoff, der mit einem von Luftleitlamellen (2) zusammengehaltenen Rohrbündel von U-förmig verlaufenden Rohren aus Metall über einen die Rohrenden einbettenden, aushärtbaren Kunststoff (4) abgedichtet und fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkasten (1) aus einem mit mehreren, jeweils eine Vielzahl von Einspriztöffnungen (E) und eine Vielzahl von Rückführöffnungen (R) zusammenfassenden, parallel zueinander liegenden, rohrförmigen Einspritz- und Rückführräumen (Eo und Ro) und zwei diese entsprechend zusammenführende Sammelräume (Es und Rs) aufweisenden Verteilerteil (5) und aus einem die Sammelräume (Es und Rs) ergänzenden und Anschlußrohre (7 und 9) für ein Einspritzventil 8) und eine Kompressorsaugleitung bildenden Anschlußteil (6) besteht, die miteinander über Nuten (14, 15) und Federn (20, 21) mittels aushärtbaren Kunststoffes abgedichtet und festverbunden sind..