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Die
Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit
einem Paket aus parallelen Rohren, die mit ihren Enden in Sammelrohre
eingesteckt sind, die jeweils aus, zwei im wesentlichen schalenförmigen Teilen zusammengesetzt
sind, von welchen ein Teil mit Aufnahmen für die Enden der Rohre versehen
ist.
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Bei
Wärmetauschern,
insbesondere Kondensatoren für
Fahrzeug-Klimaanlagen (
EP
0 516 413 A1 ) werden als Zuleitung und als Ableitung längere Rohrleitungen
vorgesehen, die in die Sammelrohre eingesteckt und mit diesen verlötet werden.
In der Regel werden derartige Wärmetauscher
aus den Rohren und den Sammelrohren sowie aus zwischen den Rohren
angeordneten Wellrippen und innerhalb der Sammelrohre angeordneten
Trennwänden
zu einem „Paket" vormontiert, das
dann in einem Ofen in einem Arbeitsgang gelötet wird. Die Zuleitung und
die Ableitung lassen sich meist in diesen Arbeitsgang nicht integrieren,
so dass sie nachträglich
mit einem eigenen Arbeitsgang angelötet werden müssen. Die Zuleitung
oder die Ableitung weisen häufig
eine relativ große
Länge auf,
so dass sich eine erhebliche Belastung der Lötnähte zwischen dem Sammelrohr
und der Zuleitung oder der Ableitung ergibt, insbesondere bevor
der Kondensator in ein Fahrzeug eingebaut wird. Dadurch wird die
Gefahr von Leckagen erhöht. Darüber hinaus
benötigen
die als Rohre ausgebildete Zuleitung und die Ableitung einen relativ
großen Raum,
da die möglichen
Biegeradien begrenzt sind.
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Bei
Wärmetauschern
der eingangs genannten Art (
DE
41 30 517 A1 ) werden die Sammelrohre aus zwei schalenförmigen Blechteilen
zusammengefügt.
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Die
US 5203407 A offenbart
einen Wärmetauscher,
bei dem ein äußerer Aufsatz
teilweise an einem Sammelrohr befestigt ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten
Art zu schaffen, der große
Freiheiten bezüglich
der Führung eines
Wärmetauschmediums
und bezüglich.
des Anbringens von Zuleitung und einer Ableitung erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird den Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Ausbildung
wird die Möglichkeit
geschaffen, den Strömungsverlauf
des durch den Wärmetauscher
strömenden
Wärmetauschmediums,
beispielsweise des Kältemittels
eines Klimaanlage, auf sehr verschiedene Weise zu führen, da
der oder die integrierten Längskanäle es ermöglichen,
das Wärmetauschmedium
abweichend von den Sammelrohren zu führen. Darüber hinaus können die
Anschlüsse
für eine
Zuleitung und eine Ableitung an nahezu beliebige Stellen gelegt
werden. Die Anschlüsse
können
sehr kurz gehalten werden, so dass diese Anschlüsse bereits in einem Arbeitsgang
mit der Gesamtherstellung des Wärmetauschers
angebracht und mit diesem verlötet werden
können.
Die Anschlüsse
können
insbesondere so gelegt werden, daß für die Zuleitung und die Ableitung
Rohre mit nur geringen Biegeradien benötigt werden, so daß der vorhandene
Bauraum vollständig ausgenutzt
werden kann.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung wird vorgesehen, daß der oder die Längskanäle aus Blechschalen
zusammengesetzt sind.
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Bei
einer anderen Ausgestaltung wird vorgesehen, dass der oder die Längskanäle Bestandteil
eines extrudierten Profils sind, das mit dem die Enden der Rohre
aufnehmenden schalenförmigen
Teil ein Sammelrohr bildet.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Zuleitung
und die Ableitung an den gleichen Längskanal angeschlossen sind,
der mittels einer Trennwand in einen Zuleitungsabschnitt und einen
Ableitungsabschnitt unterteilt ist. Bei dieser Ausbildung kann die
Lage und Anordnung der Anschlüsse
für eine
Zuleitung und eine Ableitung nahezu beliebig verteilt über die
Länge des
Sammelrohrs gewählt
werden. Mittels der Trennwand lässt
sich ohne weiteres die korrekte Unterteilung verwirklichen.
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Bei
einer anderen Ausgestaltung wird vorgesehen, dass die Zuleitung
oder die Ableitung seitlich neben dem Längskanal direkt an das Sammelrohr angeschlossen
ist. Bei dieser Ausführungsform
benötigt
der Längskanal
keine Trennwand.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Zuleitung
oder die Ableitung an das Stirnende des Längskanals anschließen. Dadurch
ergibt sich eine besonders einfache Konstruktion, bei der ein Anschlußrohr in
das Stirnende des Längskanals
und ggf. zusätzlich
in das Stirnende des Sammelrohrs eingesteckt wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass das extrudierte
Profil zwei parallel zueinander verlaufende Längskanäle aufweist, von denen einer
der Zuleitung und der andere der Ableitung zugeordnet ist. Bei dieser
Ausbildung ergeben sich große
Freiheiten bezüglich
der Anordnung von Anschlüssen
für eine
Zuleitung und eine Ableitung sowie bezüglich der Aufteilung der Kühlmittelströmung innerhalb
des Wärmetauschers.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass an das
extrudierte Profil Befestigungsmittel angeformt sind. Diese Befestigungsmittel
lassen sich beim Extrudieren in einfacher Weise herstellen, ohne
dass dann zusätzliche
Arbeitsgänge für das Anbringen
von Befestigungsmitteln notwendig sind. An diesen Befestigungsmitteln
können
auch Anbauteile, beispielsweise eine Zarge eines Lüfters positioniert
werden.
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Bei
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass
die Enden des oder der Längskanäle mit Abschlußelementen
versehen sind, die als Halte- oder Befestigungselemente ausgebildet
sind. Diese Abschlußelemente
oder Stopfen können
somit in einfacher Weise eine Zusatzfunktion erfüllen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform.
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1 zeigt einen Schnitt durch
ein Sammelrohr eines Wärmetauschers,
in das ein Längskanal integriert
ist, der zum Anschluss einer Zuleitung und einer Ableitung dient,
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2 einen Querschnitt durch
das Sammelrohr entsprechend 1,
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3 einen Querschnitt durch
ein Sammelrohr im Bereich eines seitlich angebrachten Anschlusses
für eine
Zuleitung oder eine Ableitung,
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4 einen Querschnitt durch
ein Sammelrohr mit einem zylindrischen Längskanal und einem seitlich
dazu versetzt direkt an das Sammelrohr anschließenden Anschluß,
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5 einen Schnitt durch eine
Ausführungsform ähnlich 5 mit asymmetrisch angeordnetem Längskanal,
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6 einen Querschnitt durch
ein Sammelrohr mit zwei in seiner Längsrichtung verlaufenden, integrierten
Längskanälen,
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7 einen Querschnitt durch
ein Sammelrohr mit einem integrierten Längskanal, das aus gebogenen
Blechen zusammengefügt
ist,
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8 einen Querschnitt durch
ein Sammelrohr mit einem daran angebrachten Anschlussblock für eine Zuleitung
und/oder eine Ableitung,
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9 ein Schemabild für eine Führung eines Wärmetauschmediums
in einem insbesondere als Kondensator eingesetzten Wärmetauscher
und
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10 ein Teilschemabild, das
eine weitere Möglichkeit
der Führung
des Wärmetauschmediums zeigt.
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Der
in 1 ausschnittsweise
dargestellte Wärmetauscher
ist als sogenannter Flachrohrkondensator ausgebildet. Er besitzt
eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Flachrohren (10),
zwischen denen und jeweils außerhalb
des letzten Flachrohres Wellrippen (11) angeordnet sind.
Die Flachrohre (10), die ebenso wie die Wellrippen aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind, sind in nicht näher dargestellter
Weise mit Turbulenzeinlagen versehen. Bei einer bevorzugten Ausbildung
sind die Flachrohre (10) extrudierte Rohre. Die Enden der
Flachrohre (10) münden
beidseits in jeweils einem Sammelrohr (12), von denen nur
eines dargestellt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass abweichend
von der Darstellung nach 1 eine übliche Anordnung
darin besteht, dass die Flachrohre (10) und die Wellrippen
(11) horizontal und die Sammelrohre (12) vertikal
verlaufen.
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Die
Sammelrohre (12) sind aus zwei schalenförmigen Bauteilen zusammengefügt, nämlich einem
annähernd
halbzylindrisch ausgebildeten Blech (13) aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung sowie einem extrudierten Profil (14),
das ebenfalls aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Das Aluminiumblech (13) ist mit Durchzügen (15) versehen,
in welche die Enden der Flachrohre (10) eingesteckt sind.
Das extrudierte Profil (14) besitzt einen inneren Bereich,
der sich mit dem Blechprofil (13) zu dem annähernd zylindrischen
Sammelrohr (12) ergänzt.
Das extrudierte Profil ist mit Längsrippen
(16) versehen, die als Anschlag dienen und die die Zusammensteckbewegung
des Blechprofils (13) und des extrudierten Profils (14)
begrenzen.
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Das
dargestellte Sammelrohr (
12) ist ebenso wie das nicht dargestellte,
gegenüberliegende
Sammelrohr mit Abschlusswänden
(
17,
18) verschlossen. Darüber hinaus sind in dem Innern
des Sammelrohrs (
12) Trennwände (
19,
20)
angeordnet, die das Sammelrohr in Axialrichtung unterteilen. In
dem gegenüberliegend
angeordneten, nicht dargestellten Sammelrohr sind ebenfalls Trennwände vorgesehen,
die derart versetzt zu den Trennwänden (
19,
20)
angeordnet sind, dass sich eine mäanderförmige Durchströmung ergibt,
deren Querschnittsgröße sich
in Strömungsrichtung
des Kältemittels
verkleinert. Mit Ausnahme der Tatsache, dass das den Rohrenden gegenüberliegende
schalenförmige
Teil als ein extrudiertes Profil (
14) ausgebildet ist,
entspricht die Konstruktion im wesentlichen der in der
DE 41 30 517 A1 .
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Das
extrudierte Profil der Ausführungsform nach 1 und 2 enthält einen zusätzlichen
Längskanal
(21), der parallel zu dem Sammelrohr (12) verläuft und
in dieses integriert ist. Der Längskanal
(21), dessen Enden von den Abschlusswänden (17, 18) mit
verschlossen werden, dient zur Zuleitung und zur Ableitung eines
Kältemittels.
Es ist dadurch möglich, relativ
kurze Anschlussstutzen (22, 23) zu verwenden,
die nahezu an beliebiger Stelle angeordnet werden können und
vor allem auch dicht beieinander liegend. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach 1 und 2 dient der Anschlussstutzen
(22) als Zuleitung für ein
gasförmiges
Kältemittel,
während
der Anschlussstutzen (23) als Ableitung für das kondensierte
Kältemittel
dient. Die beiden Anschlussstutzen (22, 23) sind
dicht nebeneinander im Bereich eines Endes des Sammelrohres (12)
angeordnet. Der bei dem Ausführungsbeispiel
nach 1 und 2 halbmondförmige Längskanal
(21) ist im Bereich zwischen den Anschlussstutzen (22, 23)
mittels einer Trennwand (24) in einen Zuleitungsabschnitt
und einen Ableitungsabschnitt unterteilt. Der Zuleitungsabschnitt
des Längskanals
(21) ist über
einen Schlitz (25), der sich annähernd von der Abschlusswand
(17) bis zur Trennwand (19) erstreckt, zu dem
ersten Abschnitt der Flachrohre (10) hin offen, so dass
bereits in dem Zuleitungsabschnitt eine Verteilung des zuströmenden,
gasförmigen
Kältemittels
erfolgt. Zwischen der Trennwand (20) und der Abschlusswand
(18) ist der Längskanal
(21) ebenfalls zu dem Sammelrohr (12) hin offen,
wobei diese Öffnung
(26) ebenfalls schlitzförmig
ausgebildet sein kann.
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Falls
die Anschlüsse
(22, 23) an einer anderen Stelle gewünscht werden,
beispielsweise im gegenüberliegenden
Endbereich des Sammelrohres (12), so ist dies ebenfalls
möglich.
In diesem Fall müßten die
Anschlüsse
(22, 23) sowie die Trennwand (24) entsprechend
verlegt werden. Selbstverständlich
müßte dann
auch die schlitzförmige Öffnung (25)
verkürzt
werden, so d sie nicht über
den Bereich der Trennwand (24) des Längskanals (21) hinausreicht.
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Das
extrudierte oder stranggepreßte
Profil (14) bietet ferner die Möglichkeit, weitere Elemente an
diesem Profil (14) anzubringen oder den gesamten Flachrohrkondensator
mit Hilfe dieses Profils in einem Fahrzeug o.dgl. zu befestigen.
Das Profil (14) ist mit einem weiteren Längssteg
(27) versehen, an dem Anbauteile ausrichtbar sind, beispielsweise
Lüfterzargen.
Zwischen den Längsstegen
(16, 27) befindet sich eine Nut, in die beispielsweise
ein Dichtungselement zum Abdichten gegenüber dem Umfeld eingelegt werden
kann.
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Wie
in 2 gestrichelt angedeutet
ist, können
an dem Profil (14) ein oder mehrere Stege (28, 29)
angeformt sein, die als Halte- oder Befestigungsmittel dienen. Diese
Stege (28, 29) werden nach dem Extrudieren bis
auf die benötigten
Bereiche abgeschnitten, so dass von ihnen nur Haltelaschen übrig bleiben.
Sie können
aber auch in der vollen Länge zweckmäßig sein,
beispielsweise wenn sie als Blenden o.dgl. benutzt werden sollen.
Bei dem Ausführungsbeispiel
nach 3 enthält das extrudierte
Profil (34) einen im Querschnitt wesentlichen rechteckigen
Längskanal
(31), der außermittig
angeformt ist. Dieser Längskanal
(31) erlaubt ein seitliches Anbringen eines oder mehrerer
Anschlüsse
(32). Da der Längskanal
(31) außermittig
angeordnet ist, ist es auch möglich,
einen nicht dargestellten Anschlussstutzen unmittelbar an das Sammelrohr
(12) anzuschließen,
ohne daß er
den Längskanal
(31) beeinträchtigt.
In diesem Fall ist es nicht notwendig, den Längskanal (31) mittels
einer. Trennwand in Abschnitte zu unterteilen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 4 ist ein extrudiertes
oder stranggepreßtes
Profil (44) vorgesehen, das einen im Querschnitt zylindrischen Längskanal
(41) aufweist. An den zylindrischen Längskanal (41) ist
in nicht näher
dargestellter Weise ein Anschlussstutzen angeschlossen, der beispielsweise
auch in axialer Richtung in den Längskanal (41) eingesteckt
sein kann. Ein weiterer Anschlusstutzen (42) schließt direkt
an das Sammelrohr (12) an, so dass auch hier eine Unterteilung
des Längskanals
(41) mit einer Trennwand entfallen kann.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 5 ist das extrudierte
Profil (54) mit einem außermittig angeformten, im Querschnitt
zylindrischen Längskanal (51)
versehen. Dadurch wird neben dem Längskanal (51) genügend freier
Raum geschaffen, in welchem ein Anschlussstutzen unmittelbar mit
dem Sammelrohr (12) verbunden werden kann.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 6 ist das extrudierte
Profil (64) mit zwei Längskanälen (61,61') versehen.
Die Längskanäle (61, 61') besitzen jeweils
einen zylindrischen Querschnitt. Einer dieser Längskanäle (61 oder 61') dient dann
als Zuleitung, während
der andere als Ableitung für
das Kältemittel
dient. Auch in diesem Fall ist das Vorsehen einer Trennwand nicht
erforderliche. Diese Ausführungsform
eignet sich besonders für
eine Konstruktion, bei welcher Anschlussstutzen axial zu dem Sammelrohr
(12) angeschlossen werden sollen, die dann in die Längskanäle (61, 61') eingesteckt
werden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 7 wird ein zusätzlicher
Längskanal
(71) dadurch geschaffen, dass das Sammelrohr aus drei gebogenen Blechen
(13, 74, 75), insbesondere Aluminiumblechen,
zusammengefügt
ist. In das Blech (13) ist ein mit diesem das Sammelrohr
(12) bildendes, schalenförmiges Blech (74)
eingesteckt. Dieses Blech (74) ist mit Falzen (76)
versehen, die einen die Fügebewegung
begrenzenden Anschlag bilden. Auf dieses Blech (74) ist
ein drittes Blech (75) aufgesteckt, dessen Ränder bis
zu den Falzen (76) reichen. Diese drei Bleche (13, 74, 75)
lassen sich so zusammenfügen,
dass der Wärmetauscher
eine vormontierbare Baueinheit bildet, die als solche in einen Lötofen gebracht
werden kann.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 8 ist ein extrudiertes
Profil (84) vorgesehen, das mit dem Blech (13)
den Sammelkanal (12) bildet. Das extrudierte Profil (84)
enthält
einen Längskanal
(81). In Öffnungen
einer Wand dieses Längskanals
(81) ist ein Block (85) mit einem oder mehreren
zapfenförmigen
Ansätzen
(86) eingesteckt. Der Block (85) enthält eine
oder mehrere Durchgangsbohrungen (87), deren äußerer Bereich
als Gewindebohrung ausgebildet ist, so dass unmittelbar an dem Block
(85) ein Leitungsanschluß anschließbar ist.
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Wie
schon erwähnt
wurde, bietet der zusätzliche
Längskanal
in wenigstens einem Sammelrohr große Freiheiten bezüglich der
Führung
des Wärmetauschmediums
in dem Wärmetauscher.
Bei dem Ausführungsbeispiel
nach 9 ist das Sammelrohr (12),
an das mittig ein Zulaufanschluß (92)
angeschlossen ist, mit einem Längskanal
(21) versehen. Das gegenüberliegende Sammelrohr (12') enthält einen
Anschluss (93) für
eine Ableitung. Das Sammelrohr (12) ist mittels zweier
Trennwände
(94, 95) in drei Abschnitte unterteilt. Der zusätzliche
Längskanal (21)
ist über Öffnungen
(97, 98) jeweils mit den äußeren Abschnitten des Sammelrohrs
(12) verbunden. Das gegenüberliegende Sammelrohr (12') enthält nur eine
Trennwand (96), die der Trennwand (94) gegenüberliegt.
Das zugeführte
Wärmetauschmedium, insbesondere
bei einem Einsatz des Wärmetauschers
als Kondensator ein Kältemittel,
wird in dem mittleren Bereich des Sammelrohres (12) verteilt
und strömt
durch die Flachrohre (10) zu dem gegenüberliegenden Sammelrohr (12'). In dem unteren.
Bereich dieses Sammelrohres (12') strömt das Wärmetauschmedium zu dem Sammelrohr
(12) zurück
und tritt über
die Öffnung
(97) in den Längskanal
(21) ein. Es wird in diesem Längskanal (21) nach
oben zu dem äußeren Abschnitt
des Sammelrohrs (12) geführt, wo es in diesen äußeren Abschnitt
des Sammelrohrs (12) eintritt und über die Flachrohre (10)
zu dem gegenüberliegenden
Sammelrohr (12')
strömt,
von welchem es über
den Anschluss (93) abgeleitet wird.
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Bei
dein Ausführungsbeispiel
nach 10 sind an dem
zusätzlichen
Längskanal
(21) eines Sammelrohres (12) Anschlüsse für eine Zuleitung und
eine Ableitung vorgesehen. Bei diesem Aus führungsbeispiel sind diese Anschlüsse in einen
Block (85) integriert, wie er in 8 dargestellt ist. Zwischen den Anschlüssen ist
der zusätzliche
Längskanal
(21) mittels einer Trennwand (100) unterteilt,
so dass er in einen Zuleitungsabschnitt und einen Ableitungsabschnitt
aufgeteilt ist. Der Zuleitungsabschnitt steht über eine Öffnung (101) mit dem
Sammelrohr (12) über
eine Öffnung
(101) in Verbindung. Am gegenüberliegenden Ende steht der
zusätzliche
Längskanal
(21) über
eine Öffnung
(102) ebenfalls mit dem Sammelrohr (12) in Verbindung.
Das Sammelrohr (12) ist mittels Längswänden (103, 104, 105)
in mehrere Abschnitte unterteilt, die derart mit versetzt dazu angeordneten
Trennwänden
des nicht dargestellten, gegenüberliegenden
Sammelrohres zusammenarbeiten, daß das Wärmetauschmedium mäanderförmig von
dem mit der Öffnung
(101) versehenen Abschnitt bis zu dem mit der Öffnung (102)
versehenen Abschnitt am gegenüberliegenden
Ende des Samelrohres (12) strömt.
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Bei
allen Ausführungsbeispielen
können
das Sammelrohr (12) und der jeweilige Längskanal durch gemeinsame Abschlusswände verschlossen
werden. Es ist jedoch auch möglich,
dem oder den Längskanälen eigene
Abschlusselemente zuzuordnen, beispielsweise Abschlussstopfen. Die
Abschlusselemente oder Abschlusswände können darüber hinaus auch so gestaltet
werden, dass sie eine Befestigungsfunktion erfüllen. Beispielsweise können sie mit
Steckzapfen oder mit Befestigungslaschen versehen sein.
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Bei
allen Ausführungsbeispielen
wird erreicht, dass die Anschlussstutzen (22, 23, 32, 42)
bereits in einem Arbeitsvorgang mit dem Gesamtverlöten des
Wärmetauschers
angebracht werden können.
Der gesamte Wärmetauscher,
insbesondere ein Flachrohrkondensator, wird "paketiert", d.h. durch Steckverbindungen zusammengefügt. Die
einzelnen Teile sind mit einer Lotplattierung versehen, so dass ein
anschließendes
Verlöten
in einem Lötofen
durchgeführt
werden kann.