DE19933913C2 - Verdampfer einer Kraftfahrzeugklimaanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer (2) einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem langgestreckten Sammler (4), dessen Sammlermantel (6) druckstabil gerundet ist und in seinem Innenraum in Querrichtung des Sammlers in eine erste und eine zweite Abteilung (8, 10) aufgeteilt ist, die einem Einlaß bzw. einem Auslaß für die Kältemittel des Verdampfers zugeordnet sind, und der über seine Länge verteilte Querschlitze aufweist, die beiden Abteilungen (8, 10) gemeinsam sind, wobei ein Register von durch Zickzacklamellen miteinander wärmeleitend verbundenen mindestens zweiflutig ausgebildeten Flachrohren (20) vorgesehen ist, deren einen Enden (23) jeweils in einen Querschlitz im Sammlermantel derart eingesteckt sind, daß die eine Flut (22) der Flachrohre mit der einen Abteilung und die andere Flut (24) der Flachrohre (20) mit der anderen Abteilung kommuniziert. DOLLAR A Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die vom Sammlermantel (6) gebildete erste bzw. zweite Wandung (32, 34) beider Abteilungen (8, 10) jeweils für sich die Konfiguration eines druckstabil gerundeten Rohres hat.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer ei­ ner Kraftfahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs von Anspruch 1. Ein Wärmetauscher mit diesen Merkma­ len, der allerdings mehr auf die Verhältnisse eines Verflüs­ sigers abgestellt ist, ist aus der US 5 174 373 A bekannt.

Ebenso wie der Verdampfer der Erfindung sind bei dem bekannten Wärmetauscher die Flachrohre im äußeren Wärme­ tauschmedium, meist Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs, einrei­ hig angeordnet. Es ist auch bereits versucht worden, eine Op­ timierung gegen den Innendruck und im Sinne einer Einsparung von Material und Raumbedarf dadurch zu erreichen, dass die Au­ ßenkontur des Sammlers kreisrohrförmig ist. Es besteht aber keine Optimierung gegen den Innendruck in den beiden sich in Längsrichtung des Sammlers erstreckenden und sich in Quer­ richtung ergänzenden halbkreisförmigen Abteilungen.

Andererseits sind Duplex-Wärmetauscher bekannt, bei denen also zwei Reihen von Flachrohrregistern mit Abstand in Luftrichtung hintereinander angeordnet sind und jeweils durch kreisrohrförmige Sammler mit dem inneren Wärmetauschfluid be­ aufschlagt sind, wobei die Sammler bei diesen bekannten Du­ plex-Wärmetauschern einen von einer Querunterteilung freien kreisförmigen Innenquerschnitt haben. Bei dem Duplex-Wärme­ tauscher können die beiden Reihen der Flachrohrregister durch Verbindungsleitungen unterschiedlich miteinander verschaltet werden. Dies ist auch für den Fall des Einsatzes als Verdampfer in Betracht gezogen. Bei einem anderen bekannten Duplex-Wärmetauscher gemäß dem DE 91 11 412 U1 werden die beiden in der Umgebungsluft hintereinan­ der angeordneten Flachrohrregister von unterschiedlichen in­ neren Wärmetauschfluiden gespeist, z. B. einerseits durch das Kühlwasser einer Motorkühlung und andererseits durch Kälte­ mittel einer Kraftfahrzeugklimaanlage, Ladeluft oder Motoröl. Auch bei diesem bekannten Duplex-Wärmetauscher, der nicht zur Verwendung als Verdampfer in Betracht gezogen ist, haben die Sammler keine Unterteilung in zwei in Querrichtung aufeinan­ der folgende Abteilungen, die durch eine Längstrennwand von­ einander getrennt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit nur einer Reihe von Flachrohren, also einen Simplex-Verdampfer, zu schaffen, der bei vorgegebener Bautiefe der Flachrohre in Luftrichtung und bei vorgegebenem Betriebsdruck des Kältemittels möglichst geringe Abmessungen hinsichtlich Einbauvolumen und Wandstär­ ken und damit auch minimalen Materialverbrauch hat und dar­ über hinaus eine einfache Herstellung der Verbindung von Sammler und Flachrohren ermöglicht. Dabei soll insbesondere auch optimal dem Umstand Rechnung getragen werden, dass bei dieser Art eines Verdampfers der Innenraum des Sammlers in Querrichtung in zwei unterschiedliche Abteilungen aufgeteilt ist. Bei geradzahliger Zahl von Fluten des mindestens zwei­ flutigen Verdampfers sind den beiden Abteilungen dabei Zulauf und Rücklauf des Kältemittels zugeordnet, während bei unge­ radzahliger Anzahl von Fluten Zulauf und Rücklauf an dersel­ ben Abteilung angebracht sein können, jedoch in Zuordnung zu unterschiedlichen Innenräumen, die in derselben Abteilung durch mindestens eine Querwand voneinander abgeteilt sind.

Duplex-Wärmetauscher genügen von vornherein selbst dann, wenn die beiden Flachrohrregister eine durchgehende Lamellenverrippung haben der Anforderung der obigen Aufgabenstellung insbesondere hinsichtlich der Bauvolumenoptimierung.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Ein erstes Merkmal der Erfindung ist zunächst darin zu sehen, dass bei Aufbau des Verdampfers nur in Simplex-An­ ordnung seines Flachrohrregisters jede der beiden Abteilungen des Sammlers für sich druckstabil gerundet ist und dabei im Idealfall jeweils für sich kreisförmigen Querschnitt hat (An­ spruch 9). Die erfindungsgemäße Wirkung wird dementsprechend auch besonders deutlich, wenn man den kreisförmigen Gesamt­ querschnitt eines Sammlers nach der US 5 174 373 A mit den kreisförmigen Einzelquerschnitten eines Sammlers gemäß der Erfindung unter den beiden Voraussetzungen vergleicht, dass die beiden Kreisquerschnitte beider Abteilungen gleich sind (Anspruch 10 der Erfindung) und auf dieselbe Bautiefe der Flachrohre bemessen sein sollen. Es ergibt sich dann, dass der Kreisquerschnitt einer einzelnen Abteilung bei der Erfindung ungefähr halben Durchmesser wie der Kreisquerschnitt des gan­ zen Sammlers gemäß der US 5 174 373 A hat. Bei gleichem Innen­ druck entspricht die Verringerung des Durchmessers des Kreis­ querschnittes um den Faktor zwei auch etwa einer Verringerung der erforderlichen Wandstärke auf den halben Wert. Schon da­ durch erfolgt eine Einsparung an Materialbedarf und Kosten. Außerdem erfolgt eine erhebliche Einsparung an Bauhöhe, die im Fahrzeuginnnenraum hinter einem Armaturenbrett sowieso nur ganz knapp zur Verfügung steht.

Derzeit werden bei Verdampfern für Kraftfahrzeug­ klimaanlagen noch Kältemittel wie das weitgehend verwendete Kältemittel R 134a verwendet, deren Betriebsdruck im Bereich von 10 bis 30 bar liegt. Es bestehen Überlegungen, aus Grün­ den des Umweltschutzes natürliche Kältemittel wie z. B. CO₂ einzusetzen, die bei Verdampfern mit Betriebsdrucken zwischen 40 und 80 bar betrieben werden. Es hat sich gezeigt, dass der erfindungsgemäße Verdampfer gerade auch für eine Betriebs­ weise mit CO₂ als Kältemittel besonders gut geeignet ist, da sich dabei die Einsparung an Wandstärke besonders günstig be­ merkbar macht. Es ist sogar möglich, den erfindungsgemäßen Verdampfer ohne erhebliche Mehrkosten bereits jetzt für kon­ ventionelle Kältemittel so einzusetzen, daß bei einem Über­ gang auf einen CO₂-Betrieb keinerlei Umkonstruierung nötig ist.

Ein Sammler mit druckstabilen gerundeten Abteilun­ gen ist an sich z. B. durch das DE 91 11 412 U1 (siehe insb. Fig. 4) oder den JP abstract 08086590 (siehe insb. Figur) be­ kannt.

Nach einem zweiten Merkmal der Erfindung sind Ein­ steckschlitze, welche zweckmäßig (vgl. Anspruch 11) an die Kontur der Flachrohre im Rahmen der zulässigen Maximaltole­ ranzen angepaßt sind, an einem gesonderten Aufsatzteil ausge­ bildet, an dem die Anpassung viel leichter als einem integral hergestellten Sammler oder auch nur einer integral herge­ stellten Wandung einer Abteilung herstellbar ist. Ein solches Aufsatzteil kann beispielsweise in einfacher Weise aus Blech geformt werden, das entsprechend gebogen wird. In Material wie Blech können Schlitze zur Aufnahme der Flachrohre viel leichter hergestellt werden als in druckfestem Material der Sammlerwand. Wenn dieses Blech dann auch noch lotbeschichtet ist (vgl. Anspruch 12), erhält man zugleich auch noch einen Lotträger für die Verlötung der Flachrohre mit dem Sammler. Ein derartiges aus Blech geformtes Aufsatzteil kann dabei auch unschwer mit Krägen ausgebildet werden, welche die Ein­ steckschlitze nach innen und/oder nach außen verlängern und es ermöglichen, Lot flächenhaft zwischen der Innenfläche der Krägen und der Außenfläche der Flachrohre anzuordnen. Außer­ dem kann man bei der Ausarbeitung der Querschlitze im Sammler selbst ohne Beeinträchtigung des Ergebnisses mit weniger Prä­ zisionsanforderung auskommen. Zum Beispiel kann man die Quer­ schlitze mit einem einfachen Scheibenfräser nach Extrusion oder einem ähnlichen integralen Herstellungsverfahren ein­ schneiden.

Die genannten Vorteile der Erfindung werden selbst dann erreicht, wenn die erste und die zweite Wandung des Sammlers, welche die beiden Abteilungen des Sammlers umgeben, im Sinne der Ansprüche 2 bis 4 von gesonderten Bauteilen ge­ bildet sind. Auch könnte man die einer Abteilung jeweils zu­ geordnete Wandung gegebenenfalls sogar nach Art von Rohrboden und Deckel mehrteilig in Umfangsrichtung zusammensetzen, wäh­ rend aber gemäß Anspruch 5 eine integrale Ausführung der er­ sten und/oder der zweiten Wandung in Umfangsrichtung bevor­ zugt ist.

Aus Herstellungs- und Festigkeitsgründen bevorzugt ist eine integrale Ausbildung der ersten Wandung, der zweiten Wandung und/oder einer integralen Vereinigung beider Wandun­ gen, und zwar bevorzugt als Strangpressteil, Druckgussteil oder Fließpressteil. Eine integrale Ausbildung eines ersten kreis­ förmigen Rohres und eines zweiten kreisförmigen Rohres bei der Sammlerausbildung eines Duplex-Wärmetauschers ist aus dem DE 91 11 412 U1, insbesondere Fig. 4 mit Beschreibung, an sich bekannt. Bei dieser bekannten integralen Ausbildung ist die Längstrennwand zwischen den beiden Abteilungen kreisför­ migen Querschnitts auch bereits an dem integralen Bauteil von vornherein mit ausgebildet. Dieser Gedanke kann auch auf den Simplex-Verdampfer gemäß der Erfindung übertragen werden. Noch bevorzugter ist die alternative Idee des Anspruchs 7, nämlich das integrale Bauteil mit einem Längsschlitz zu ver­ sehen, in den von außen ein gesondertes Bauteil eingesetzt ist, das eine Längstrennwand zwischen den beiden Abteilungen bildet. Mittels dieses gesonderten Bauteils kann man in be­ sonders günstiger Weise eine dichte Abdichtung der beiden Ab­ teilungen gegenüber der Stirnseite des jeweils eingesteckten Flachrohres erreichen, welches ja in einen Querschlitz ein­ greift, der anders als bei Fig. 4 des DE 91 11 412 U1 beiden Abteilungen gemeinsam ist. Wenn dabei etwa die als gesondertes Bauteil eingesetzte Längstrennwand ein mit Lot vor­ beschichtetes Blech ist, kann man dieses Blech im Lötofen be­ quem mit der Stirnseite des Flachrohres verlöten, im Falle einer Ausbildung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hartlöten.

Bei präziser Herstellung der Querschlitze in Anpas­ sung an die Außenkontur der Flachrohre im Rahmen der zulässi­ gen Toleranzen kann man die Flachrohre direkt in den Quer­ schlitzen des betreffenden Bauteils verlöten. Das erfordert jedoch eine zusätzliche Aufbringung von Lot etwa durch Plas­ masprühen, wie dies im Falle des DE 91 11 412 U1 (Fig. 4, Bezugszeichen 75) vorgesehen ist.

Bei dem Simplex-Wärmetauscher der US 5 174 373 A, von dem die Erfindung ausgeht, erstreckt sich die Weite des Querschlitzes im Sammler jeweils nur über einen Teilbereich der lichten Weite des kreisförmi­ gen Rohrquerschnitts. Im Rahmen der Aufgabenstellung der Er­ findung wird stattdessen nicht nur die volle Ausschöpfung dieses inneren Rohrquerschnitts angestrebt, sondern vielmehr noch eine Erweiterung der Länge des jeweiligen Querschlitzes und damit der Länge des verwendbaren Flachrohres in Strö­ mungsrichtung der als äußeres Wärmetauschfluid dienenden Um­ gebungsluft im Kraftfahrzeug. Dabei soll anders als bei der US 5 174 373 A außerdem auch noch der Wandstärkenbereich der Längstrennwand soweit wie möglich für von innerem Wärme­ tauschfluid beaufschlagte Kammern im Flachrohr nutzbar ge­ macht werden können. Bezüglich des Wandstärkenbereiches die­ ser Längstrennwand gibt Anspruch 13 eine Lösung, bezüglich einer Erweiterung des Querschlitzes bis in die Wandstärke der Wandung des Sammlers selbst Anspruch 14. Mit der einfacheren Herstellungsweise des Querschlitzes mittels eines Scheiben­ fräsers nach Anspruch 15 kann man beiden Anforderungen nach Anspruch 13 und Anspruch 14 in besonders einfacher Weise Rechnung tragen. Wesentlich ist dabei, dass in den Bereichen des Querschlitzes, die noch im eigentlichen Wandungsbereich des Sammlers und/oder der Längstrennwand der Stirnseite des jeweiligen Flachrohres gegenüberliegen, eine solche Zurück­ setzung des Querschlitzes nach innen erfolgt, dass dort eine ungestörte Kommunikation zwischen der betreffenden Abteilung im Sammler und den genannten kritischen Kammern im Flachrohr erfolgen kann. Die präzise Anpassung an die jeweiligen Flach­ rohre erfolgt dabei stets über das Aufsatzteil mit dessen eingearbeiteten Einsteckschlitzen. Es hat sich gezeigt, dass die nur sehr schmalen Abmessungen der Querschlitze im Mantel des Sammlers in Verbindung mit dem eingesetzten Aufsatzteil und den eingesteckten Flachrohren die Anforderungen an die Abmessung der Wandstärke des Sammlers nicht beeinträchtigen, da die Materialschwächung im Wandmaterial des Sammlers durch die Ergänzung mittels der eingesetzten Teile und des verwen­ deten Lots wieder kompensiert wird.

Im Anspruch 16 ist schließlich angegeben, dass auch bei dem erfindungsgemäßen Verdampfer bekannte Verschaltungen vorgesehen werden können, bei denen insbesondere die beiden Abteilungen in Längsrichtung des Sammlers in Unterabteilungen aufgeteilt sein können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schemati­ scher Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch nä­ her erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsge­ mäßen Verdampfer;

Fig. 2, 2a, 3 und 3a in vergrößertem Maßstab Teil­ querschnitte durch verschiedene Varianten eines erfindungsge­ mäßen Verdampfers im Sammlerbereich, wobei Fig. 3 die kon­ krete Ausführungsform von Fig. 1 weiterbildet;

Fig. 4 einen Teillängsschnitt durch eine Variante der Sammler gemäß den Fig. 2 und 3 sowie

Fig. 5 und 5a jeweils einen Längsschnitt durch den Sammler eines erfindungsgemäßen Verdampfers in Blickrichtung längs der Flachrohre, und zwar in zwei Varianten, nämlich in dreiflutiger (Fig. 5) und vierflutiger (Fig. 5a) Verschal­ tung.

Fig. 1 zeigt den Grundaufbau eines erfindungsge­ mäßen zweiflutigen Verdampfers 2 einer Kraftfahrzeugklimaan­ lage. Der ganze Verdampfer (oder Teile desselben) ist vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wie z. B. AlMn1 gefertigt und aus seinen Teilen hartverlötet, bei­ spielsweise mittels Hartlot in Form von AlSi7-12.

Der Verdampfer 2 weist ein Register von durch Zick- Zack-Lamellen 21 (Fig. 4) miteinander wärmeleitend verbunde­ nen Flachrohren 20 auf. Im allgemeinen trägt auch jedes im Register außen liegende Flachrohr 20 eine Zick-Zack-Lamelle, die außen von einem nicht dargestellten Abschlußblech gefolgt sein kann, das Bestandteil einer Rahmenstruktur des Registers sein kann. Vorzugsweise erfolgt dabei die wärmeleitende Ver­ bindung durch Hartverlötung der Zick-Zack-Lamellen 21 mit den Flachrohren 20 und gegebenenfalls dem jeweiligen Abschluss­ blech. Die Flachrohre 20 sind meist äquidistant im Register angeordnet und im Einbauzustand in der Kraftfahrzeugklimaan­ lage meist in der Darstellung gemäß der Zeichnungsebene von Fig. 1 vertikal angeordnet. Dabei erfolgt meist eine Beauf­ schlagung durch Umgebungsluft als äußeres Wärmetauschmedium in horizontaler Richtung in der Zeichnungsebene von Fig. 1 gemäß den doppellinigen Pfeilen in Fig. 5 und 5a. Das als in­ neres Wärmetauschmedium dienende Kältemittel wird durch jedes einzelne Flachrohr 20 zweiflutig geleitet, wobei die in Fig. 1 dargestellten Pfeile die beiden Fluten 22 und 24 andeuten, nämlich mit Pfeilrichtung in Fig. 1 nach unten die eine ein­ gangsseitige Flut 22 und mit Pfeilrichtung in Fig. 1 nach oben die zweite ausgangsseitige Flut 24. Längs der langen Di­ mension des Querschnittes jedes einzelnen Flachrohres 20 ist in diesem eine Mehrzahl oder Vielzahl von Kanälen 26 ausge­ bildet, auf welche die beiden Fluten verteilt sind, z. B. un­ ter Zuordnung jeweils einer gleichen Anzahl von Kanälen 26 zu jeder Flut 22 bzw. 24.

Die einen Enden 23 der Flachrohre 20 kommunizieren mit dem Innenraum eines Sammlers 4, der rechtwinkelig zu den Flachrohren 20 langgestreckt ausgebildet ist (vgl. Fig. 4 bis 5a) in seiner Querrichtung (Zeichnungsebene der Fig. 1 bis 3a) ist der Sammler 4 in zwei Abteilungen 8 und 10 unter­ teilt, welche durch eine Zwischenwand 12 gänzlich oder minde­ stens weitaus überwiegend voneinander abgeteilt sind.

Der Sammlermantel 6 bildet dabei einen Rohrboden oder trägt zu dessen Bildung bei. Hierzu sind längs des Samm­ lermantels 6 im Teilungsmaß des Registers der Flachrohre 20, meist äquidistant, Querschlitze 18 verteilt, welche beiden Abteilungen 8 und 10 gemeinsam sind und in die je ein Flach­ rohr 20 des Registers der Flachrohre 20 mit seinem genannten einen Ende 23 abgedichtet eingreift. Dieses Ende 23 des Flach­ rohres 20 ist somit ebenso wie der Querschlitz 18 beiden Ab­ teilungen 8 und 10 gemeinsam. Die Stirnseite der Enden 23 der Flachrohre 20 fluchten dabei sowohl längs des einzelnen Flachrohres 20 als auch längs des Sammlers 4.

Den anderen Enden 25 der Flachrohre 20, die mit ihren Stirnseiten ebenso längs des einzelnen Flachrohres als auch längs des Sammlers fluchten, ist eine Umlenkeinrichtung 28 zugeordnet, innerhalb derer die erste Flut 22 in die zweite Flut 24 in jedem einzelnen Flachrohr 20 umgelenkt wird. Es gibt viele mögliche Ausführungsformen einer solchen Umlenkeinrichtung 28. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist diese in Fig. 1 als Napf 30 ausgebildet, welches mit seiner Seitenwand 31, welche gemäß Fig. 1 aufgekröpft ist, das je­ weilige Flachrohr 2 außen dicht umfasst. Dabei kann jedes Flachrohr 2 ein einzelner Napf 30 zugeordnet sein. Es ist auch möglich, derartige Näpfe zu vernetzen oder die betref­ fende napfförmige Umlenkstruktur an einem einzigen integralen Teil auszubilden. Vor allem wesentlich ist die genannte Um­ lenkfunktion der beiden Fluten 22 und 24 des jeweiligen Flachrohres 20.

Das als inneres Wärmetauschfluid dienende Kältemit­ tel ist in dem Verdampfer 2 in Bezug auf die Strömungsrich­ tung der Umgebungsluft im Kreuzgegenstrom geführt. Dies ist aus den Fig. 5 und 5a ersichtlich, in welchen die Strömungsrichtung des Kältemittels mit den horizontal ausgerichteten doppelwandigen Pfeilen veranschaulicht ist. Hierbei sind der Einlass 14 des Kältemittels in den Sammler 4 und der Auslass 16 des Kältemittels aus dem Sammler 4 jeweils an einer stirnsei­ tigen Abschlußwand 15 bzw. 17 des Sammlers 4 ausgebildet, z. B. wie dargestellt, als äußerer Anschlußnippel einer schei­ benförmigen Abschlußwand 15 bzw. 17, welche dicht in den Sammlermantel 6 eingefügt ist. In Fig. 5 sind dabei der Ein­ lass 14 und der Auslass 16 derselben Abschlusswand 15 zugeord­ net, während bei der Ausführungsform nach Fig. 5a der Einlass 14 an der einen Abschlusswand 15 und der Auslass 16 an der Ab­ schlusswand 17 angeordnet sind. In beiden Fällen führt der Einlass 14 in die der Strömungsrichtung des Kältemittels abge­ wandte Abteilung 10 hinein und aus der der anströmenden Umge­ bungsluft zugewandten Abteilung 8 über den Auslass 16 wieder hinaus.

Darüber hinaus sind die beiden Abteilungen 8 und 10 jeweils durch eine Querwand 9 in zwei Unterabteilungen 50 und 52 bzw. 54 und 56 unterteilt, wobei im Falle der Fig. 5 der Einlass 14 über eine Zwischenrohrverbindung 13 bis durch die Querwand 9 in der Kammer 10 verlängert ist.

In Fig. 1 ist das Grundprinzip der Strömung des Verdampfers 2 durch das Kältemittel dargestellt. Das in der Zeichnungsebene von Fig. 1 in der Abteilung 8 eingetretene Kältemittel wird längs der ersten Flut 22 durch die erste Hälfte der Kanäle 26 im jeweiligen Flachrohr 20 hindurchge­ führt, dann in der Umlenkeinrichtung 28 umgelenkt und im Ge­ genstrom zur ersten Flut in der zweiten Hälfte der Kanäle 26 in die Abteilung 6 zurückgeführt. Wenn diese Strömungsrich­ tung längs des ganzen Verdampfers vorgesehen ist, ist Fig. 1 bei zugrundegelegtem Kreuzgegenstrom eine Anströmungs der Um­ gebungsluft rechts in der Zeichnungsebene vorauszusetzen. In bevorzugter Weiterbildung kann aber auch die durch Strömungs­ art beispielsweise gemäß den Fig. 5 und 6 vorgesehen sein.

Bei der Anordnung von Fig. 5 tritt das von Einlass 14 kommende Kältemittel zunächst in die Unterkammer 52 der Abteilung 10, dann durch die zugeordneten Flachröhre 20 in die Unterkammer 56 der Abteilung 8, von dieser durch die zu­ geordneten Flachrohre 20 in die Unterkammer 50 wiederum der Abteilung 10 und schließlich wiederum über die zugeordneten Flachrohre 20 durch die Unterkammer 54 erneut der Abteilung 8 zum Auslass 16. Hierdurch wird die volle Länge des Sammlers 4 ausgenutzt, obwohl Einlass 14 und Auslass 16 an derselben Stirnseite des Sammlers 4 angeordnet sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5a erfolgt eine in Richtung des Sammlers 4 vom Einlass 14 zum Auslass 16 fort­ schreitende entsprechende Durchströmung zunächst vom Einlass 14 in die Unterkammer 50, von dieser über die zugeordneten bzw. gemeinsamen Flachrohre 20 in die Unterkammer 54. Von dieser über die zugeordneten bzw. gemeinsamen Flachrohre 20 in die Unterkammer 52 und schließlich von dieser über die zu­ geordneten bzw. gemeinsamen Flachrohre 20 in die Unterkammer 56, die an den Auslass 16 angeschlossen ist.

Den Fig. 5 und 5a ist dabei gemeinsam, dass die bei­ den Abteilungen 8 und 10 des Sammlers 4 in der Art in von Ab­ teilung zu Abteilung gegeneinander versetzte Unterabteilungen (50 bis 56) aufgeteilt sind, daß das Kältemittel im Verdamp­ fer 2 in Längsrichtung des Sammlers 4 zwischen den beiden Ab­ teilungen 8 und 10 hin- und hergeführt wird.

Man erkennt an den Darstellungen der Fig. 5 und 5a auch, daß die Anzahl der der jeweiligen Unterabteilung zuge­ ordneten Flachrohre 20 je nach den Anforderungen unterschied­ lich gewählt werden kann, ebenso wie man im Prinzip auch die Anzahl der Kanäle 26 in den jeweils einem Paar von Unterkam­ mern gemeinsamen Flachrohren variieren könnte.

Allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ver­ dampfers 2 ist folgende Bauart des jeweiligen Sammlers 4 ge­ meinsam: in Weiterbildung des an an sich bekannten Konzeptes, den Sammlermantel 6 druckstabil gerundet auszubilden, ist dieses Konzept auf die beiden Wandungen 32 und 34 der ersten Abteilung 8 sowie der zweiten Abteilung 10 des Sammlermantels übertragen. Dementsprechend sind die beiden Wandungen 32 und 34 jeweils für sich druckstabil gerundet ausgebildet, bei den Ausführungsbeispielen sogar jeweils für sich kreisförmig ge­ rundet.

Die beiden Ausführungsformen der Fig. 2 und 2a zei­ gen dabei zwei Grenzfälle dieses Konzeptes.

Fig. 2 zeigt dabei die reinste Form des einen Grenzfalles, bei dem beide Wandungen 32 und 34 an einem ein­ zigen integralen Bauteil 44 ausgebildet sind, welches darüber hinaus auch noch die Zwischenwand 12 zwischen den beiden Ab­ teilungen 8 und 10 integral mitbildet. Die Zwischenwand 12 verjüngt sich dabei konisch in Richtung zu den gegenüberlie­ genden Enden 23 der Flachrohre 20. Der Scheitel dieser koni­ schen Verjüngung kann dabei bedarfsweise keilförmig spitz zu­ laufend oder mehr oder minder abgeflacht nach Art der Schmal­ kante eines Flachsteges ausgebildet sein.

Fig. 2a zeigt dabei den anderen Grenzfall, dass die beiden Wandungen 32 und 34 jeweils an einem eigenen integra­ len Bauteil ausgebildet sind, wobei diese beiden Bauteile, das heißt die Wandungen 32 und 34, über ein gesondert als Längstrennwand 36 eingeschachteltes weiteres Bauteil, hier in Gestalt eines Steges aus Flachmaterial 38, zusammenhängen, welcher seinerseits die Zwischenwand 12 zwischen den beiden Abteilungen 8 und 10 bildet. Während bei dem ersten Grenzfall nach Fig. 2 die Außenkontur der beiden Wandungen 32 und 34 im ganzen gerundet verbleiben kann - wobei verschiedenste Abwei­ chungen davon möglich sind -, kommen dabei die beiden Flach­ seiten des weiteren Bauteils, also vorzugsweise des Steges aus Flachmaterial 38 an sich gegenüberliegenden flanscharti­ gen Abflachungen 40 eines sockelförmigen äußeren Ansatzes 41 an den beiden Wandungen 32 und 34 zwischengeschachtelt zur Anlage. Dabei kann man mit oder ohne diese Sockelausbildung die beiden Außenseiten der Wandungen 32 und 34 ebenso mit flanschartigen Abflachungen 40 versehen, z. B. für eine Zusam­ mensetzung eines Sammlers 4 aus mehr als zwei Wandungen 32, 34 etc.. In Fig. 2a sind diese zusätzlichen äußeren Ab­ flachungen 40 zur Veranschaulichung der Alternative ohne Aus­ bildung eines sockelförmigen Ansatzes dargestellt.

Die Fig. 3 und 3a zeigen eine bevorzugte Mischform zwischen den genannten beiden Grenzfällen. Von dem Grenzfall der Fig. 2 ist dabei übernommen, dass die beiden Wandungen 32 und 34 von einem integralen Bauteil 44 gebildet sind. Von dem Grenzfall der Fig. 2a ist beibehalten, dass die Zwischenwand 12 von einem weiteren Bauteil, hier wiederum in Gestalt eines Steges aus Flachmaterial 38, gebildet ist. Dieser weitere Bauteil 48 ist dabei von außen her an der dem Register der Flachrohre 20 abgewandten Seite des Sammlers 4 in einen Längsschlitz 46 zwischen den beiden Rundungsbögen der ersten und zweiten Wandung 32 und 34 dicht, das heißt im allgemeinen hartverlötet, eingefügt.

Die Art der Wechselwirkung der Zwischenwand 12 bzw. einer dort gesondert eingesetzten Längstrennwand 36 ist ebenso anhand von zwei bevorzugten Alternativen veranschau­ licht. Es sei bemerkt, dass diese beiden Alternativen der Wechselwirkung und die beiden oben beschriebenen unterschied­ lichen Konzepte bei der Schaffung der Zwischenwand 12 - mit oder ohne gesonderte Längstrennwand 36 - nach Bedarf voll­ ständig untereinander austauschbar sind.

Die erste Alternative ist an den Ausführungsformen der Fig. 1 und 3 unter Verwendung einer als gesondertes Bau­ teil eingesetzten Längstrennwand 36 veranschaulicht, könnte aber auch entsprechend bei integraler Ausbildung der Zwi­ schenwand 12 am integralen Bauteil 44 gemäß Fig. 2 verwirk­ licht sein, insbesondere in der spitz konisch zulaufenden Konfiguration. Hierbei greift die Zwischenwand 12 in einen strömungsmäßig totgelegten Kanal 26a des jeweiligen Flachroh­ res 20 ein und ist dabei zwischen dessen beiden Kanalwänden dicht eingeschachtelt. Wie in Fig. 1 und 3 auch zeichnerisch dargestellt ist, hat dieser nur zur Strömungstrennung die­ nende Kanal 26a zweckmäßig eine schmalere Kanalweite als die übrigen Kanäle 26 des jeweiligen Flachrohres 20, ohne dass dies zwingend notwendig ist. Durch diese schmalere Dimensio­ nierung wird jedoch die Bautiefe des Verdampfers 2 verhält­ nismäßig klein gehalten.

Eine minimale Bautiefe erhält man nach der Alterna­ tive gemäß den Fig. 2, 2a und 3a. Bei dieser Alternative wirkt die Zwischenwand 12, die gemäß Fig. 2 an integralen Bauteil 44 mit ausgebildet sein kann oder von der gesonderten Längstrennwand 36 gemäß Fig. 2a und 3a gebildet ist, mit der Außenkante 58 einer ganz normalen Zwischenwand 60 zwischen strömungsmäßig aktiven Kanälen 26 des jeweiligen Flachrohres 20 dicht zusammen. Hierbei erfolgt die strömungsmäßig Tren­ nung ohne jeden zusätzlichen Bautiefenbedarf.

Mehr in einzelnen zeigen die bevorzugten Ausfüh­ rungsformen der Fig. 3, 3a und 4 folgendes:
Die erste und die zweite Wandung 32 und 34 des Sammlermantels 6 sind an dem integralen Bauteil 44 ausgebil­ det, das in der dargestellten Form als Strangpressteil herge­ stellt werden kann. Der Sammlermantel 6 ist in der Mitte mit dem Längsschlitz 46 versehen, in den von außen die Längstrennwand 36 einschiebbar ist.

Die Längstrennwand 36 ist zur Verlötung mit der Stirnseite 62 der Flachrohre 20 und zur Abdichtung des Längs­ schlitzes 46 nach außen mit einer Lotschichtung versehen und steht zur Bereitstellung von genügend Lotmaterial nach außen über den Sammlermantel 6 hinaus.

Im Bereich der Querschlitze 18 ist von außen an den Sammlermantel 6 ein Aufsatzteil 62 angeschlossen.

Dieses Aufsatzteil 62 wird zunächst von außen an den Sammlermantel 6 mit möglichst geringen Lötspalten ange­ legt. Dabei werden ggf. vorhandene nach innen weisende Kragen von Aufnahmeschlitzen 72 des Aufsatzteils 62 jeweils für ein Flachrohr 20 in die Querschlitze 46 des Sammlers 6 einge­ preßt.

Die Verlötung des Aufsatzteiles 64 erfolgt zusammen mit weiteren Lötverbindungen in einem Durchlaufofen im soge­ nannten "One-Shot"-Verfahren.

Als Hartlot wird vorzugsweise AlSi7-12, ein nicht korrosives fluoridisches Flußmittel, verwendet. Die Hartver­ lötung erfolgt bei einer Temperatur von 600-610°C.

Zur Vorfixierung des Aufsatzteiles 64 vor dem Löt­ vorgang wird dasselbe zunächst in einer Vorrichtung in den Sammlermantel 6 eingepresst und dann durch Umlegen beider längsseitigen Enden 68 um eine Befestigungskante 70 des Samm­ lermantels 6 an diesem befestigt.

Zur besseren Montage sowie Verlötung der Flachroh­ renden 23 im Aufsatzteil 64 ist ein unmittelbarer Aufnahme­ schlitz 72 des Aufsatzteiles 64 mit dem Kragen 66 ausgebil­ det, in den das Ende 23 des Flachrohres 20 eingesteckt ist. Der Kragen 66 ist sowohl den Abmessungen des Flachrohres 20 als auch der Außenkontur des Sammlers 4 angepasst. Dadurch er­ folgt einerseits eine gasdichte Verlötung des Aufsatzteiles 64 mit dem Sammlermantel 6 und andererseits wird auch der Kragen 66 des Aufsatzteiles 64 mit den Enden 23 der Flach­ rohre 20 gasdicht verbunden.

Da aufgrund der Rohrteilung, d. h. der Abstände der Flachrohre 20 in Längsrichtung des Sammlermantel 6, von übli­ cherweise 6-15 mm die Querschlitze 18 in den Sammlermantel 6 nur in oben genanntem Takt eingebracht werden müssen, wird die Druckfestigkeit des Sammlermantel 6 durch das Einfräsen der Querschlitze 18 nur wenig gestört.

Zusammen mit dem Aufsatzteil 64, dessen Krägen 66 in die Querschlitze 18 des Sammlermantels 6 eingepresst sind, wird dann wieder die Ausgangsfestigkeit des Sammlermantels 6 ohne Querschlitze 18 erreicht.

Um die beiden mittleren Kanäle 26 des Flachrohres 20 nicht durch die erste bzw. zweite Wandung 32 bzw. 34 des Sammlermantels 6 zu verschließen, ist der Querschlitz 18 des Sammlermantels 6 gegenüber der Stirnseite 62 des Flachrohres 20 zurückgesetzt. Es wird eine sichere Abdichtung zwischen der ersten und zweiten Abteilung 8 bzw. 10 des Sammlermantels 6 durch eine Längstrennwand 56 erreicht, deren Dicke nicht nach dem inneren Überdruck des Sammlermantels 6, sondern le­ diglich nach dem Differenzdruck zwischen der ersten und zwei­ ten Abteilung 8 bzw. 10 oder allenfalls nach fertigungstech­ nischen Gesichtspunkten zu dimensionieren ist. Im Falle eines CO₂-Verdampfers 2 mit einem erforderlichen Berstdruck des Sammlermantels 6 von mindestens 250 bar bedeutet dies, dass die Dicke der ersten bzw. der zweiten Wandung 32 bzw. 34 je­ weils ca. 2,5 mm betragen muß, während die lotbeschichtete Längstrennwand 36 mit weniger als 0,2 mm auskommen kann. Sie sollte jedoch um eine problemlose Montage zu erreichen und um genügend Lotmaterial zur Verfügung zu stellen, sowie Toleran­ zen ausgleichen zu können, eine Wandstärke von ca. 1-1,5 mm besitzen.

Im Falle von Fig. 3 ist die Längstrennwand 36 zur Abdichtung mit der Stirnseite 62 des Flachrohres 20 in einen nicht zur Durchströmung verwendeten Kanal 26a des Flachrohres 20 eingepresst.

In Fig. 3a dichtet die Längstrennwand 36 direkt an einen als Zwischenwand 60 zwischen benachbarten Kanälen 26 dienende Längssteg des Flachrohres 20 an, so dass die Versper­ rung von Kanälen 26 gänzlich vermieden wird.

Um ferner bei der Ausführungsform nach Fig. 3a bei vorgegebener Bautiefe des Flachrohres 20 in Luftrichtung einen möglichst minimalen Innendurchmesser der ersten bzw. zweiten Abteilung 8 bzw. 10 des Sammlermantel 6 und damit auch eine minimale Bautiefe des Sammlermantels 6 in Luftrich­ tung sowie minimale Höhe des Sammlermantels 6 in Flachrohr­ richtung zu erhalten, reicht der Kragen 66 des Aufnahme­ schlitzes 72 im Aufsatzteil 62 in den äußeren Bereichen bis in das Ausmaß der Wandstärke der ersten bzw. zweiten Wandung 32 bzw. 34.

Im Eingriffsbereich des Kragens 66 des Aufnahme­ schlitzes 72 ist der Querschlitz 18 im Sammlermantel 6 gegen­ über der Stirnseite 62 des Flachrohres 20 bei 74 zurückge­ setzt, so dass auch hier beide äußere Kanäle 26b des Flachroh­ res 20 nicht durch den Sammlermantel 6 verschlossen werden, sondern strömungsmäßig mit der ersten bzw. zweiten Abteilung 8 bzw. 10 verbunden sind. Im Bereich der Querschlitze 18 des Sammlermantels 6 wird der innere Überdruck im Verdampfer 2 lediglich durch das Aufsatzteil 64 gehalten. Während das Auf­ satzteil 64 durch den nach innen aufgestellten Kragen 66 auf der Längsseite des Querschlitzes 18 gemäß Fig. 3 durchlaufend verlötet ist, muss im Falle von Fig. 3a das Aufsatzteil 64 auf beiden Stirnseiten des Querschlitzes 18 dem vollen Betriebs­ druck des Verdampfers 2 widerstehen. Aufgrund der geringen Breite der Querschlitze 18 (2 × Dicke des Aufsatzteiles 64 plus Flachrohrdicke) von nur 3-4 mm reicht jedoch eine Wandstärke der Aufsatzteiles 64 von 1-1,5 mm aus.

Um die Sicherheitsaspekte von Bauteilen im Fahr­ zeuginnenraum, insbesondere auch bei Betriebsdrücken einer CO₂-Klimaanlage von bis zu 80 bar sowie Berstdrücke bis zu 250 bar prozeßsicher zu erreichen, sind die Aufgaben und Funktionen im Sammlermantel 6 gemäß Fig. 3 bis 4 wie folgt aufgeteilt:
Der extrudierte oder nahtlos gezogene Sammlermantel 6 dient als Gerippe zur Aufnahme der Betriebs- und Berstdrücke. Aufgrund des Fertigungsverfahrens und der Form kann er bereits ohne weitere Einflüsse durch den Nocolok-Löt­ prozeß und durch Fertigungsstreuung in der Verdampferfertigung die Berstdrucksicherheit herstellen.

Das Aufsatzteil 64 dient zur Bereitstellung des er­ forderlichen Lötwerkstoffes. Weiterhin können im Aufsatzteil 64 die zur Lötung erforderlichen minimalen Toleranzen der Aufnahmeschlitze 72 von kleiner 0,2 mm kostengünstiger als bei dem Querschlitzen 18 im Sammlermantel 6 durch Stanzen, Prägen und Rollen hergestellt werden.

In der Konstruktionsweise nach Fig. 3a ermöglicht das Aufsatzteil 64 zu dem den Innendurchmesser der ersten bzw. zweiten Abteilung 8 bzw. 10 weiter zu reduzieren, da der Kragen 66 des Aufnahmeschlitzes 72 auch noch in die äußere Wandstärke des Sammlermantels 6 eingreift. Dadurch kann man eine weitere Reduzierung des Bauvolumens sowie der Wandstärke des Sammlermantels 6 bei gleichem Berstdruck erreichen.

Die zurückgesetzte Kontur 76 der Querschlitze 18 im Sammlermantel 6, welche zweckmäßig der Kontur eines Schlitz­ fräsers entspricht, ermöglicht dabei im Fall der Fig. 3 und 3a die Kommunikation der beiden mittleren Kanäle zu beiden Seiten der Längstrennwand 36 und im Falle der Fig. 3a auch der beiden äußeren Kanäle 26b mit den Abteilungen 8 bzw. 10.

Claims (16)

1. Verdampfer (2) einer Kraftfahrzeugklimaanlage
mit einem langgestreckten Sammler (4), dessen Samm­ lermantel (6) gerundet ist und in seinem Innenraum in Querrich­ tung des Sammlers in eine erste und eine zweite Abteilung (8, 10) aufgeteilt ist, die in voneinander abgeteilten Räumen mit einem Einlass (14) und mit einem Auslass (16) für das Kälte­ mittel des Verdampfers versehen sind, und der über seine Länge verteilte Querschlitze (18) aufweist, die beiden Abteilungen (8, 10) gemeinsam sind,
mit einem Register von durch Zickzacklamellen (21) miteinander wärmeleitend verbundenen mindestens zweiflutig aus­ gebildeten Flachrohren (20), deren einen Enden (23) jeweils in einen Querschlitz (18) im Sammlermantel (6) derart eingesteckt sind, daß die eine Flut (22) der Flachrohre (20) mit der einen Abteilung (8) und die andere Flut (24) der Flachrohre (20) mit der anderen Abteilung kommuniziert, und
mit einer Umlenkeinrichtung (28), welche an den dem Sammler (4) abgewandten anderen Enden (25) der Flachrohre (20) benachbarte Fluten (22, 24) paarweise kommunizierend verbindet,
dadurch gekennzeichnet,
dass die vom Sammlermantel (6) gebildete erste bzw. zweite Wandung (32, 34) beider Abteilungen (8, 10) jeweils für sich die Konfiguration eines gerundeten Rohres hat,
und dass ein im Bereich der Querschlitze (18) des Samm­ lermantels (6) außen angeordnetes Aufsatzteil (64) vorgesehen ist, das seinerseits in Längsrichtung des Sammlers (6) aufein­ ander folgende Aufnahmeschlitze (72) jeweils für ein Flachrohr (20) aufweist, wobei je ein Querschlitz (18) des Sammlermantels (6) mit einem Aufnahmeschlitz (72) fluchtet.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Wandung (32, 34) von gesonderten Bauteilen gebildet sind.

3. Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile ihrerseits über eine als weiteres Bau­ teil zwischengeschaltete und die beiden Abteilungen (8, 10) des Sammlers (4) voneinander abteilende Längstrennwand (36) anein­ ander angeschlossen sind.

4. Verdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längstrennwand (36) aus einem Flachmaterial (38) be­ steht, das zwischen flanschartigen Abflachungen (40) an der Außenfläche der beiden Wandungen (32, 34) hartverlötet ist.

5. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Wandung (32, 34) in Umfangsrichtung integral ausgebildet ist bzw. sind.

6. Verdampfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wandung und die zweite Wandung (32, 34) an einem integralen Bauteil (44) ausgebildet sind, welches zugleich eine Längstrennwand (12) zwischen den beiden Abteilungen (8, 10) bil­ det.

7. Verdampfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wandung (32) und die zweite Wandung (34) an einem integralen Bauteil (44) ausgebildet sind, welches mit einem Längsschlitz (46) versehen ist, in den von außen ein gesonder­ tes Bauteil (48) eingesetzt ist, das eine Längstrennwand (12) zwischen den beiden Abteilungen bildet.

8. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wandung (32) und/oder die zweite Wandung (34) oder alternativ das integrale Bauteil (44) ein Strangpressteil, ein Druckgussteil oder ein Fließpreßteil ist bzw. sind.

9. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wandung (32) und/oder die zweite Wandung (34) kreisförmigen Querschnitt hat bzw. haben.

10. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wandung (32) und die zweite Wan­ dung (34) gleiche Querschnitte haben.

11. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschlitze (18) des Sammlermantels (6) und/oder die Aufnahmeschlitze (72) des Aufsatzteilss (64) derart nach der Aussenkontur der Flachrohre (20) geformt sind, daß bei direkter Verlötung der Flachrohre (20) im jeweiligen Querschlitz (18) bzw. Aufnahmeschlitz (72) die zulässigen Maxi­ maltoleranzen eingehalten werden.

12. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatzteil (64) von einem mit Hartlot vorbeschichteten Blech gebildet ist.

13. Verdampfer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, dass im, gegebenenfalls gemäß Anspruch 7 von einem eingesetzten gesonderten Bauteil (12 bzw. 34) gebildeten, An­ schlußbereich der beiden Wandungen (32, 34) deren jeweiliger Querschlitz (18) gegenüber der jeweiligen Stirnseite (62) des im Aufnahmeschlitz (72) eingesteckten Flachrohres (20) nach in­ nen zurückgesetzt ausgebildet ist.

14. Verdampfer nach einem der Ansprüche 11 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeschlitze (72) bei minde­ stens einer Wandung (32; 34), vorzugsweise bei beiden, in das Ausmaß der Wandstärke der betreffenden Wandung mindestens teil­ weise eingreifen, wobei in dem Eingriffsbereich der jeweilige Querschlitz (18) gegenüber der jeweiligen Stirnseite (62) des im Aufnahmeschlitz eingesteckten Flachrohres (20) nach innen zurückgesetzt (76) ausgebildet ist.

15. Verdampfer nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Zurücksetzungen (76) der Querschlitze (18) der Schneidkontur eines Scheibenfräsers folgen.

16. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abteilungen (8, 10) des Sammlers (4) in der Art in von Abteilung zu Abteilung gegeneinander ver­ setzte Unterabteilungen (50, 52, 54, 56) aufgeteilt sind, dass das Kältemittel im Verdampfer (2) in Längsrichtung des Sammlers (4) zwischen den beiden Abteilungen (8, 10) hin und her geführt wird.