DE3545559A1 - Waermetauscher, insbesondere fuer eine heiz- und/oder klimaanlage eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für eine Heiz- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei Wärmetauscherblöcken, die im wesentlichen bau­ gleiche Bündel paralleler Rohre enthalten und die derart neben­ einander angeordnet sind, daß ihre Rohre etwa koaxial zuein­ ander stehen, mit wenigstens einem Verbindungsstück, in das die einander zugewandten Enden der Rohre benachbarter Wärme­ tauscherblöcke münden, und mit mindestens zwei Wasserkästen, in die die freien Enden der Rohre der Wärmetauscherblöcke münden, sowie mit Anschlußstutzen für den Zulauf und den Ablauf des Wärmetauschers.

Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der DE-AS 29 30 747 bekannt. Dort ist als Verbindungsstück zwischen zwei Wärme­ tauscherblöcken ein Zwischentank vorgesehen. Die einzelnen Rohre der beiden Wärmetauscherblöcke sind etwa koaxial zu­ einander ausgerichtet und münden in den Zwischentank. Der Zwischentank selbst ist hohl, so daß alle Rohre des einen Wärmetauscherblocks mit sämtlichen Rohren des anderen Wärme­ tauscherblocks verbunden sind. Dies hat zur Folge, daß in dem Zwischentank, insbesondere auch aufgrund der relativ großen räumlichen Abmessungen des Zwischentank-Hohlraums, der auf das Wärmetauschermedium ausgeübte Druck sich verringert. Ebenfalls aufgrund des relativ großen Hohlraumvolumens des Zwischentanks bildet sich in diesem sogenanntes "Totwasser", bei dem es sich um Wärmetauschermedium handelt, das während des Betriebs längere Zeit im Zwischentank verweilt. Diese hohe Verweildauer hat eine Abkühlung des Mediums und damit eine Temperaturschich­ tung zwischen den beiden Wärmetauscherblöcken zur Folge.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß kein merkbarer Druckabfall im Verbindungsstück vorhanden ist und sich möglichst kein "Totwasser" bildet.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß das Verbindungsstück zur Verbindung einzelner, zueinander koaxial ausgerichteter Rohre benachbarter Wärmetauscherblöcke voneinander dicht abgetrennte Durchgänge aufweist, die etwa den Querschnitt der Rohre be­ sitzen.

Durch die Verbindung der einzelnen Rohre von benachbarten Wärmetauscherblöcken mit Hilfe von voneinander abgetrennten, den Querschnitt der Rohre aufweisenden Durchgängen wird er­ reicht, daß diese Kopplung für das Wärmetauschermedium weder einen Engpaß noch eine Erweiterung darstellt. Der auf das Wärmetauschermedium einwirkende Druck verändert sich daher innerhalb des Verbindungsstücks nur geringfügig, und zwar in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Durchgänge, insbesondere deren Verlauf und von der Montagegenauigkeit des Verbindungs­ stücks mit den Wärmetauscherblöcken.

Zweckmäßig ist es, die Durchgänge im wesentlichen gerade auszu­ bilden und etwa koaxial zu den Rohren anzuordnen. Dadurch wird eine Druckveränderung innerhalb des Verbindungsstücks auf ein Minimum beschränkt.

In beiden Fällen beschränkt sich das sogenannte "Totwasser" auf eine geringe Restmenge des Wärmetauschermediums, das sich im Stoßbereich der Rohre und der Durchgänge ansammelt. Dieses restliche "Totwasser" hat jedoch aufgrund seiner geringen Menge keinerlei Einfluß auf die Temperatur des Wärmetauschermediums.

Zur Abdichtung der Verbindung zwischen den einzelnen Rohren und den Durchgängen sind an beiden Enden der Durchgänge am Verbin­ dungsstück Dichtlippen vorgesehen, die jeden Durchgang einzeln umgeben. Werden die Rohre der Wäremtauscherblöcke an ihren Enden von Rohrböden gehalten, so ist es einerseits möglich, daß die Dichtlippen etwa koaxial um die Durchgänge angeordnet und Dichtungen, die im wesentlichen aus etwa dem Durchmesser der Dichtlippen entsprechenden Ringstegen bestehen, zwischen die Rohrböden und die Dichtlippen eingebracht sind, andererseits können die Dichtlippen auch rechteckförmig um die Durchgänge angeordnet und aus entsprechenden Rechtecken bestehende Dichtungen zwischen die Rohrböden und die Dichtlippen eingelegt sein.

Befinden sich in den Rohren der Wärmetauscherblöcke Strömungs­ leitelemente, so ist es zweckmäßig, die Durchgänge mit nach innen ragenden Rippen zu versehen. Dadurch wird verhindert, daß die Strömungsleitelemente durch die Bewegung des Wärmetauscher­ mediums in Strömungsrichtung verschoben werden.

An den Außenseiten des Verbindungsstücks sind Stege vorgesehen, mit deren Hilfe die feste Verbindung des Verbindungsstücks mit den angrenzenden Wärmetauscherblöcken erreicht wird. Zu diesem Zweck greifen die Stege in Nuten der Rohrböden ein. Während des Zusammenbaus des Verbindungsstücks und der Wärmetauscherblöcke wird der Rand der Nut bei eingeführtem Steg des Verbindungs­ stücks über den Steg hinweggebogen, so daß das Verbindungsstück fest von den beiden Wärmetauscherblöcken gehalten wird.

Zur Montage des Verbindungsstücks und der angrenzenden Wärme­ tauscherblöcke sind am Verbindungsstück weitere Stege vorge­ sehen, auf die während des Montagevorgangs Werkzeuge einwirken.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wärme­ tauscher, bestehend aus zwei durch ein Verbindungs­ stück gekoppelten Wärmetauscherblöcken,

Fig. 2 die Einzelheit Q des Warmetauschers der Fig. 1,

Fig 3 die Ansicht des Wärmetauschers der Fig. 1 aus der Richtung Z der Fig. 1,

Fig. 4 den Schnitt längs der Ebene A-A des Wärmetauschers der Fig. 3,

Fig. 5a die Ansicht des Verbindungsstücks des Wärmetauschers der Fig. 4 aus der Richtung X 1 der Fig. 4 (runde Dichtlippen),

Fig. 5b die Ansicht des Verbindungsstücks des Wärmetauschers der Fig. 4 aus der Richtung X 2 der Fig. 4 (recht­ eckige Dichtlippen),

Fig. 6a die Dichtung zwischen dem Verbindungsstück und dem linken Wärmetauscherblock des Wärmetauschers der Fig. 4 (runde Dichtlippen), gesehen aus der Richtung Y 1 der Fig. 4,

Fig. 6b die Dichtung zwischen dem Verbindungsstück und dem rechten Wärmetauscherblock des Wärmetauschers der Fig. 4 (rechteckige Dichtlippen), gesehen aus der Richtung Y 2 der Fig. 4,

Fig. 7 den Schnitt längs der Ebene B-B des Wärmetauschers der Fig. 4 und

Fig. 8 die Einzelheit P des Schnitts der Fig. 7.

Die Fig. 1 und 3 zeigen einen Wärmetauscher 10, der im wesent­ lichen aus einem linken Wärmetauscherblock 12 und einem rechten Wärmetauscherblock 13 besteht, die nebeneinander angeordnet sind und deren einander zugewandte Seiten mit Hilfe eines Ver­ bindungsstücks 50 miteinander gekoppelt sind. An den abge­ wandten freien Seiten der beiden Wärmetauscherblöcke 12 und 13 befinden sich Wasserkästen 15 und 16, die mit Anschlußstutzen 17 und 18 versehen sind. Der Anschlußstutzen 17 ist der Zulauf des Wärmetauschers 10, der Anschlußstutzen 18 der Ablauf. Da­ durch ergibt sich eine Durchlaufrichtung des Wärmetauscher­ mediums durch den Wärmetauscher 10 in der durch den Pfeil 20 gekennzeichneten Richtung.

Aus der Fig. 4 ist zu entnehmen, daß die beiden Wärmetauscher­ blöcke 12 und 13 im wesentlichen aus geraden Rohren 22 be­ stehen, in die Strömungsleitelemente 24 eingebracht sind und die von Blechpaketen bzw. Lamellen 23 umgeben sind. Die Aus­ dehnungsebene der Lamellen 23 ist lotrecht zu den Achsen der Rohre 22 ausgerichtet, die sämtlich zueinander parallel ange­ ordnet sind und in den Fig. 1 und 3 parallel zur Hauptaus­ dehnungsebene des Wärmetauschers 10 verlaufen.

Gehalten werden die Rohre 22 von einem Rohrboden 26, indem sie durch Durchzüge 27 des Rohrbodens 26 hindurchgesteckt sind. Die Rohre 22, Lamellen 23, Rohrböden 26 und Strömungsleitelemente 24 bestehen aus wärmeleitfähigem Material, zum Beispiel aus Kupfer, das zur Bildung eines stabilen Wärmetauscherblocks 12 bzw. 13 fest miteinander verbunden, beispielsweise verlötet wird.

Die Bündel der parallelen Rohre 22 der beiden Wärmetauscher­ blöcke 12 und 13 sind im wesentlichen baugleich ausgeführt, d. h. sämtliche Rohre haben denselben Durchmesser und etwa die gleichen Abstände voneinander. Wie der Fig. 4 zu entnehmen ist, sind die beiden Wärmetauscherblöcke 12 und 13 derart neben­ einander angeordnet, daß ihre Rohre 22 koaxial zueinander aus­ gerichtet sind.

Zwischen den einander zugewandten Enden der Rohre 22 der beiden Wärmetauscherblöcke 12 und 13 befindet sich das Verbindungs­ stück 50, das im wesentlichen aus Durchgängen 36 und 46 be­ steht, die einander zugeordnete Rohre 22 der Wärmetauscher­ blöcke 12 und 13 miteinander verbinden. Die Durchgänge 36 und 46 sind gerade, besitzen nahezu denselben Durchmesser und damit auch nahezu denselben Querschnitt wie die Rohre 22 und sind koaxial zu diesen ausgerichtet. Die Länge der Durchgänge 36 bzw. 46 ist geringfügig kleiner als der Abstand zwischen den einander zugewandten Enden der Rohre 22 der beiden Wärmetauscherblöcke 12 und 13. Dieser Abstand ist aufgrund der Parallelität und Koaxialität der Rohre 22 untereinander sowie aufgrund der Baugleichheit der Wärmetauscherblöcke 12 und 13 im wesentlichen konstant.

An den beiden Enden der Durchgänge 36 bzw. 46, also an den beiden Stirnseiten des Verbindungsstücks 50 sind Dichtlippen vorgesehen, die die einzelnen Durchgänge dicht voneinander abtrennen. Dabei ist in der linken Hälfte der Fig. 4, also der Stoßstelle des Verbindungsstücks 50 und des Wärmetauschers 12 eine erste Ausführungsform derartiger Dichtlippen dargestellt, während die rechte Hälfte der Fig. 4, also die Stoßstelle des Verbindungsstücks 50 mit dem Wärmetauscherblock 13 eine zweite Ausführungsform zeigt.

Zur Erläuterung der ersten Ausführungsform wird nachfolgend auf die beiden Fig. 5a und 6a Bezug genommen. In der linken Hälfte der Fig. 4 und der Fig. 5a sind Dichtlippen 42 dargestellt, die jeden Durchgang 46 koaxial umgeben. In der Fig. 6a ist in einem im Vergleich zur Fig. 5a verkleinerten Maßstab eine Dichtung 54 gezeigt, die sich gemäß der linken Hälfte der Fig. 4 zwischen dem Verbindungsstück 50 und dem Wärmetauscherblock 12 befindet. Die Dichtung 54 besteht im wesentlichen aus Ringstegen 541, einer Rundschnur 542 und Verbindungslaschen 543. Der Durch­ messer der Ringstege 541 entspricht etwa dem Durchmesser der Dichtlippen 42. Die Rundschnur 542 umgibt sämtliche Ringstege 541 in der Form eines Rechtecks. Die Verbindungslaschen 543 verbinden die einzelnen Ringstege 541 und die Rundschnur 542 miteinander. Wie der linken Hälfte der Fig. 4 zu entnehmen ist, sind mit Hilfe der zwischen dem Rohrboden 26 und den Dicht­ lippen 42 befindlichen Dichtung 54 sämtliche Durchgänge 46 dicht voneinander abgetrennt. Die in den Stoßbereichen der Rohre 22 und der Durchgänge 46 vorhandenen Seitenbereiche besitzen ein sehr kleines Volumen, so daß sich nur wenig sogenanntes "Totwasser" bilden kann.

Die erwähnte zweite Ausführungsform der Dichtlippen wird nach­ folgend anhand der rechten Hälfte der Fig. 4 und der Fig. 5b und 6b erläutert. Aus der rechten Hälfte der Fig. 4 und der Fig. 5b kann entnommen werden, daß bei dieser Ausführungsform Dichtlippen 32 rechteckförmig jeden Durchgang 36 umgeben. Dabei sind die Dichtlippen 32 der einzelnen Durchgänge 36 zu einem Mittelsteg 321, zu Querstegen 322 und zu einer umlaufenden Krümmung 323 zusammengefaßt. Analog dazu ist gemäß der Fig. 6b eine Dichtung 53 gezeigt, die aus einem Mittelsteg 531 einer Rundschnur 532, Querstegen 534 und Verbindungslaschen 533 besteht. Diese kommen auf dem Mittelsteg 321, den Querstegen 322 und der umlaufenden Krümmung 323 der Dichtlippen 32 zu liegen. (Die Fig. 6b ist in einem kleineren Maßstab dargestellt als die Fig. 5b.) Wie der rechten Hälfte der Fig. 4 zu entnehmen ist, ergibt sich durch die zwischen dem Rohrboden 26 und den Dichtlippen 32 befindlichen Dichtung 53 eine dichte Abtrennung der einzelnen Durchgänge 36.

Gemäß der Fig. 4 sind auf beiden Stirnseiten des Verbindungs­ stücks 50 Stege 31 und 41 vorgesehen, die der Verbindung mit den angrenzenden Wärmetauscherblöcken 12 und 13 dienen. Zu diesem Zweck sind in den Rohrböden 26 der beiden Wärmetauscher­ blöcke 12 und 13 Nute 28 vorgesehen, in die die Stege 31 bzw. 41 eingreifen. Wie ebenfalls der Fig. 4 zu entnehmen ist, er­ strecken sich die Dichtungen 53 und 54 in den Bereich der Nute 28, so daß die Stege 31 bzw. 41 mit ihrer den Wärmetauscher­ blöcken 12 bzw. 13 zugewandten Seite an den Dichtungen 53 bzw. 54 anliegen. In der Fig. 4 ist der zusammengebaute Zustand des Verbindungsstücks 50 mit den beiden Wärmetauscherblöcken 12 und 13 dargestellt, bei dem der Rand der Nute 28 über die Stege 31 bzw. 41 hinweggebogen ist. Dieser umgebogene Rand ist in der Fig. 4 mit der Bezugsziffer 29 gekennzeichnet. Das Verbindungs­ stück 50 wird dadurch fest zwischen den beiden Wärmetauscher­ blöcken 12 und 13 gehalten.

In dem in der Fig. 7 dargestellten Schnitt des Verbindungs­ stücks 50 der Fig. 4 längs der Ebene B-B sind nochmals die einzelnen Durchgänge 36 bzw. 46 zu erkennen. Des weiteren ist aus dem in der Fig. 8 gezeigten Ausschnitt P der Fig. 7 er­ sichtlich, daß innerhalb der einzelnen Durchgänge 36 bzw. 46 Rippen 70 vorgesehen sind, die in die Durchgänge 36 bzw. 46 geringfügig hineinragen. Die Rippen 70 haben die Aufgabe, die eingangs erwähnten Strömungsleitelemente 24 in ihrer Lage zu fixieren. Schließlich sind gemäß der Fig. 7 am Verbindungsstück 50 noch Stege 66 und 67 angebracht, die nachfolgend im Zu­ sammenhang mit der Fig. 2 erläutert werden sollen.

Die Fig. 2 zeigt als Ausschnitt Q der Fig. 1 jeweils einen Teil der Wärmetauscherblöcke 12 und 13 und das Verbindungsstück 50 bei deren Zusammenbau. Der Wärmetauscherblock 12 wird von Haltewerkzeugen 64 festgehalten. Mit Druckwerkzeugen 62 und 63 wird das Verbindungsstück 50 einerseits festgehalten, sowie andererseits mit den Stegen 41 in die Nute 28 des Wärme­ tauscherblocks 12 hineingedrückt. Das Druckwerkzeug 62 greift zum Zwecke der Druckerzeugung dabei an einem der Stege 66 an, während das Druckwerkzeug 63 den Steg 67 mitnimmt. Es ist auch möglich, statt der in der Fig. 2 dargestellten Verwendung zweier verschiedener Druckwerkzeuge 62 und 63 nur eines der beiden gezeigten Werkzeuge oder ein ähnliches Werkzeug zu benutzen.

Befindet sich das Verbindungsstück 50, wie erwähnt wurde, mit seinen Stegen 41 in den Nuten 28 des Wärmetauscherblocks 12, so werden mit Hilfe der Schließwerkzeuge 60 die Ränder des Rohr­ bodens 26 über die Stege 41 hinweggebogen. Die umgebogenen Teile sind dabei, wie ebenfalls schon erwähnt wurde, mit der Bezugsziffer 29 gekennzeichnet.

In der Fig. 2 sind die Stege 66 und 67 an der Außenseite des Verbindungsstücks 50 angebracht. Es ist auch möglich, derartige Stege oder entsprechende Nuten an anderen Stellen des Ver­ bindungsstücks 50 vorzusehen. Dabei ist es zweckmäßig, die Stege 66 bzw. 67 bzw. andere zur Montage vorgesehenen Stege so auszubilden, daß sie für den Zusammenbau des Verbindungsstücks 50 mit beiden Wärmetauscherblöcken 12 und 13 benutzt werden können.

Zweckmäßig ist es, das Verbindungsstück 50 aus Kunststoff her­ zustellen. Als Dichtungen 53 bzw. 54 ist es zweckmäßig, Gummi­ dichtungen zu verwenden.

Claims (12)

1. Wärmetauscher, insbesondere für eine Heiz- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei Wärme­ tauscherblöcken, die im wesentlichen baugleiche Bündel paral­ leler Rohre enthalten und die derart nebeneinander angeordnet sind, daß ihre Rohre etwa koaxial zueinander stehen, mit wenigstens einem Verbindungsstück, in das die einander zuge­ wandten Enden der Rohre benachbarter Wärmetauscherblöcke mün­ den, und mit mindestens zwei Wasserkästen, in die die freien Enden der Rohre der Wärmetauscherblöcke münden, sowie mit Anschlußstutzen für den Zulauf und den Ablauf des Wärme­ tauschers, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (50) zur Verbindung einzelner, zueinander koaxial ausgerich­ teter Rohre (22) benachbarter Wärmetauscherblöcke (12, 13) voneinander dicht abgetrennte Durchgänge (36, 46) aufweist, die etwa den Querschnitt der Rohre (22) besitzen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge (36, 46) im wesentlichen gerade ausgebildet und etwa koaxial zu den Rohren (22) angeordnet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an beiden Enden der Durchgänge (36, 46) am Ver­ bindungsstück (50) Dichtlippen (32, 42) vorgesehen sind, die jeden Durchgang (36, 46) einzeln umgeben.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (22) der Wärmetauscherblöcke (12, 13) an ihren Enden von Rohrböden (26) gehalten und zwischen die Rohrböden (26) und die Dichtlippen (32, 42) Dichtungen (53, 54) einge­ bracht sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippen (42) etwa koaxial um die Durchgänge (46) angeordnet sind und die Dichtungen (54) im wesentlichen aus etwa dem Durchmesser der Dichtlippen (42) entsprechenden Ring­ stegen (541) bestehen.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippen (32) rechteckförmig um die Durchgänge (36) angeordnet sind und die Dichtungen (53) im wesentlichen aus entsprechenden Recktecken (531 bis 534) bestehen.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge (36, 46) nach innen ragende Rippen (70) aufweisen.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden der Durchgänge (36, 46) am Verbindungsstück (50) Stege (31, 41) vorgesehen sind, die von den angrenzenden Wärmetauscherblöcken (12, 13) gehalten sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (22) der Wärmetauscherblöcke (12, 13) an ihren Enden von Rohrböden (26) gehalten sind und die Stege (31, 41) des Verbindungsstücks (50) in Nuten (28) der Rohrböden (26) eingreifen.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den zu den Durchgängen (36, 46) etwa parallelen Außenseiten am Verbindungsstück (50) Stege (66, 67) vorgesehen sind, die der Montage des Verbindungsstücks (50) und der angrenzenden Wärmetauscherblöcke (12, 13) dienen.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (50) als Kunststoffteil ausgebildet ist.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtungen (53, 54) zwischen dem Verbindungsstück (50) und den Wärmetauscherblöcken (12, 13) Gummidichtungen vorgesehen sind.