DE4020592C2

DE4020592C2 - Wärmetauscher des Gleichstrom-Typs für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE4020592C2
Application number: DE4020592A
Authority: DE
Inventors: Miki Nakamura; Eiji Ohkura
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2010-06-29
Also published as: US5069277A; FR2664371A1; DE4020592A1; FR2664371B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher des Gleichstrom-Typs mit einer Vielzahl flacher Röhren und gewellter Rippen, die abwechselnd aufeinandergelegt sind, einem ersten Kopfbehälter, mit dem die Röhren durch Ansetzen an dem einem ihrer Enden seitlich verbunden sind, und einem zweiten Kopfbehälter, mit dem die Röhren durch Ansetzen an ihrem anderen Ende seitlich verbunden sind, wobei die in den Kopfbehälter eingesetzten Enden der Röhren gesehen in Durchflußrichtung des Kopfbehälters entlang der inneren Oberfläche des Kopfbehälters in vorbestimmter Form ausgeschnitten sind, um den Strömungswiderstand im Kopfbehälter zu verringern.

Der Wärmetauscher des Gleichstrom-Typs (z. B. Kondensator für Fahrzeuge) umfaßt herkömmlicherweise eine Vielzahl von flachen Röhren und gewellten Rippen, die abwechselnd aufeinandergelegt sind, einen ersten Kopfbehälter, mit welchem die Röhren durch Einfügen ihrer einen Enden seitlich in den ersten Kopfbehälter verbunden sind, und einen zweiten Kopfbehälter, mit welchem die Röhren durch Einfügen ihrer anderen Enden seitlich in den zweiten Kopfbehälter verbunden sind (jeder der ersten und zweiten Kopfbehälter umfaßt gewöhnlicherweise ein zylindrisches Rohr), so daß ein paralleler Fluß von Kühlmittel durch eine Vielzahl von Röhren zwischen dem ersten Kopfbehälter und dem zweiten Kopfbehälter aufgebaut wird.

Ein derartiger Wärmetauscher ist beispielsweise in DE 38 34 822 A1 beschrieben. Es wird vorgeschlagen, die Enden der Röhren so auszubilden, daß benachbarte Röhren an sogenannten Distanzflächen aneinander anliegen, in denen Ausnehmungen zur Bildung eines Durchgangskanals offengelassen sind. Die einzelnen Röhren werden in einem Kopfbehälter befestigt, der Schlitze aufweist, in denen jeweils Teile der Röhren dicht verlötet werden. Bei dieser Vorgehensweise ist eine Vielzahl unterschiedlicher Bauteile zueinander auszurichten und anschließend zu verlöten. Dies ist aufgrund der Tatsache, daß die Kopfbehälter an den Außenseiten der Röhren anliegen, schwierig.

Ein weiterer Wärmetauscher, bei dem der Kopfbehälter aus einem zylindrischen Rohrstück besteht, ist in EP 0 255 313 A2 beschrieben. Im einzelnen besteht der Wärmetauscher aus parallel verlaufenden, rohrförmigen Kopfbehältern, die Schlitze aufweisen, in die eine Vielzahl flacher Röhren zunächst eingeführt und anschließend verlötet werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

In EP 0 198 581 A2 wird zur Erhöhung der Druckfestigkeit zusätzlich vorgeschlagen, den Zwischenraum zwischen den einzelnen Schlitzen bei den Rohranschlüssen kurvenförmig auszubilden.

Was die Weise betrifft, in welcher die jeweiligen Röhren mit den jeweiligen Kopfbehältern verbunden sind, ist es dennoch wohl bekannt, wie in Fig. 9 gezeigt ist, gegenüberliegende Enden jeder Röhre 21 eben auszubilden, wenn die jeweiligen Kopfbehälter 22 axial gesehen werden, dann diese Röhre seitlich in die jeweiligen Kopfbehälter 22 durch jeweilige Einfügungslöcher 23 einzufügen, wobei die eben geformten Enden in einem vorbestimmten Ausmaß über die Kanten der Einfügungslöcher 23 hinausgehen, um einen ausreichenden Lötrand sicherzustellen, und diese Komponenten zusammenzulöten für die gesamte Verbindung zwischen ihnen, wie zum Beispiel offenbart in den Japanese Patent Application Disclosure Gazettes Nos. 1986-235698 und 1988-112065 oder in den Dokumenten EP 0 198 581 A2 und EP 0 255 313 A2. Ein derartiger Stand der Technik verwendet die Kopfbehälter 22 jeweils mit einem Durchmesser, der größer als die Weite der Röhre 21 ist, so daß die Erstreckung der Röhre, die sich in die jeweiligen Kopftanks 22 hinein erstreckt, reduziert werden kann, und dabei ein möglicher Kühlmittel-Durchflußwiderstand, der in den jeweiligen Kopfbehältern 22 auftritt, gelindert werden kann.

Jedoch bringt ein solcher Wärmetauscher nach dem Stand der Technik unvermeidlich ein Problem mit sich, daß durch die Verwendung von Kopfbehältern mit großem Durchmesser notwendigerweise ein entsprechend vergrößertes Kühlmittelvolumen, welches durch diese fließt, benötigt wird, obwohl der Kühlmittel-Durchflußwiderstand sicherlich durch Begrenzung der Erstreckung der Röhrenenden, die sich in den jeweiligen Kopfbehältern erstrecken, reduziert werden kann. Es versteht sich hier, daß soweit das Einsparen von Kühlmittel betroffen ist, Kopfbehälter mit kleinem Durchmesser bevorzugt mit Blick auf die Tatsache verwendet werden, daß das Volumen von Kühlmittel, welches sich gewöhnlicherweise in den Kopfbehältern befindet, im wesentlichen 50% von dem in dem gesamten Wärmeaustauscher enthaltenen ausmacht.

Um diese Probleme zu lösen, ist es denkbar, wie in den Fig. 10 und 11 dargestellt, Kopfbehälter 24 mit kleinem Durchmesser zu verwenden, und dadurch die Einsparung von Kühlmittel zu erreichen. Jedoch würde solch eine Gegenmaßnahme notwendigerweise in einem dementsprechenden Anwachsen der Erstreckung des Röhrenendes in die jeweiligen Kopfbehälter 24 resultieren, und als Konsequenz würde sich ein wellenförmiges Strömungsprofil des Kühlmittels um die Röhrenenden herum ergeben, wie durch einen durchgezogenen Pfeil in Fig. 11 angedeutet, und so würde ein Kühlmittel-Durchflußwiderstand, und damit ein Druckverlust in unerwünschter Weise anwachsen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher des Gleichstrom-Typs zu schaffen, der dem Kühlmittel einen geringen Widerstand entgegensetzt, zur Einsparung von Kühlmittel beiträgt und einfach mit hoher Zuverlässigkeit zu fertigen ist, ohne einer hohen Fertigungspräzision zu bedürfen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art gelöst, indem jede Röhre an jedem Ende mit einer vorbestimmten Erstreckung in eine entsprechende Einfügungsöffnung des jeweiligen Kopfbehälters zum Bilden eines Lötrandes eingesetzt ist.

Somit ermöglicht die Erfindung die Lösung der bei herkömmlichen Wärmetauschern auftretenden Probleme in wirksamer Weise.

Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmetauschers liegt darin, daß der Lötrand vollständig im Inneren des Kopfbehälters vorgesehen ist. Dadurch wird verhindert, daß Lötmaterial vom Röhrenende ins Innere der Röhre gelangen kann, was insbesondere bei Wärmetauschern mit sehr kompaktem Format von großer Bedeutung ist. Durch kompaktere Bauweise ist es zudem möglich, Kühlmittel in den Kopfbehältern einzusparen und den Kühlmittel-Durchflußwiderstand herabzusetzen.

Der vorgesehene Lötrand erlaubt es ferner, daß selbst wenn die Präzision der in den Kopfbehälter eingearbeiteten Öffnung nicht besonders hoch ist, eine zuverlässige, dichte und dauerhafte Lötverbindung erhalten werden kann. Auch durch das Ausschneiden der Röhre in vorbestimmter nicht notwendigerweise kreuzförmiger Form ergibt sich ein Beitrag zur Vereinfachung der Herstellung.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsformen unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung definiert. Es zeigt

Fig. 1 bis 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 1 eine Frontansicht des Wärmetauschers, Fig. 2 eine Schnittansicht des Kopfbehälters entlang einer Linie II-II in Fig. 1, und Fig. 3 eine Schnittansicht entlang einer Linie III-III in Fig. 2 ist;

Fig. 4 und 5 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 4 eine Schnittansicht des Kopfbehälters und Fig. 5 eine End-Ansicht der Röhre ist;

Fig. 6 eine Schnittansicht des als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung konstruierten Kopfbehälters;

Fig. 7 und 8 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 7 eine Schnittansicht des Kopfbehälters und Fig. 8 eine Ansicht entsprechend der Fig. 7, jedoch eine Variation des in Fig. 7 dargestellten Kopfbehälters darstellen;

Fig. 9 bis 11 den Stand der Technik, wobei Fig. 9 und 10 Schnittansichten der jeweiligen Kopfbehälter sind, und Fig. 11 eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI in Fig. 10 ist.

Fig. 1 und 2 erläutern das erste Ausführungsbeispiel.

Der Wärmetauscher 1 (z. B., Kondensator für Fahrzeuge) dieses Ausführungsbeispieles umfaßt, wie aus Fig. 1 ersichtlich, eine Vielzahl von flachen Röhren 4, die parallel zueinander angeordnet sind und ihre gegenüberliegenden Enden mit einem ersten (z. B. Einlaß-Seite) Kopfbehälter 2 und mit einem zweiten (z. B. Auslaß-Seite) Kopfbehälter 3 auf der anderen Seite verbunden sind, und gewellte Rippen 5 aufweisen, die zwischen jeweiligen Paaren von benachbarten flachen Röhren 4 eingefügt sind. Der Wärmeaustauscher 1 umfaßt weiter Seitenplatten 6, 7. Der erste Kopfbehälter 2 ist mit einem Anschluß 8 versehen (z. B. Einlaß-Anschluß) und der zweite Kopfbehälter 3 ist mit einem Anschluß 9 (z. B. Auslaß-Anschluß) versehen. Beide Kopfbehälter 2, 3 sind mit Unterteilungsplatten 10 versehen, so daß ein Zick-Zack-Fluß des Kühlmittels zwischen den mit den Kopfbehältern 2 bzw. 3 verbundenen Anschlüssen 8 bzw. 9 auftritt.

Jeder der Kopfbehälter 2, 3 umfaßt, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, eine Röhre, die einen zylindrischen Querschnitt hat, und die gegenüberliegenden Enden jeder der Röhren 4 sind seitlich durch zugeordnete Einfügungslöcher 11 mit einer vorbestimmten Erstreckung in die jeweiligen Kopfbehälter 2, 3 eingesetzt, um einen gewünschten Lötrand sicherzustellen. Dann sind die Röhrenden und die jeweiligen Kopfbehälter 2, 3 zum Herstellen einer Verbindung zusammengelötet. Ebenso sind, wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, die jeweiligen, seitlich in die jeweiligen Kopfbehälter 2, 3 eingesetzten Röhrenenden entsprechend diesem Ausführungsbeispiel abgeschnitten, so daß sie entlang den inneren peripheren Oberflächen der jeweiligen Kopfbehälter in deren axialer Ansicht, d. h., in Richtung des Kühlmittelflusses gesehen, gekrümmt sind.

Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel ist deshalb die Erstreckung der Röhrenenden in die jeweiligen Kopfbehälter 2, 3 reduziert, somit ein Strömungswiderstand von Kühlmittel, welches durch die jeweiligen Kopfbehälter 2, 3 fließt, bedeutend vermindert und eine Querschnittsfläche des Kühlmittel-Durchtritts vergrößert. Dieses erlaubt dementsprechend, Kopfbehälter mit schmaleren Durchmessern zu verwenden, um ein Volumen in jedem Kopfbehälter zu reduzieren, und damit eine gewünschte Einsparung von Kühlmittel zu erzielen.

Nun wird das zweite Ausführungsbeispiel diskutiert.

Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 4 dargestellt, ist jedes der Röhrenenden kegelförmig zum zugeordneten Kopfbehälter zugespitzt und abgeschnitten, um eine dem vorherigen Ausführungsbeispiel entsprechende Kurve zu ergeben. Zusätzlich ist jedes der kegelförmig zugespitzten Röhrenenden dick genug, einen Kühlmitteldurchfluß vorzusehen, der entlang seiner Länge eine gleichbleibende Querschnittsfläche hat, wie in Fig. 5 erläutert.

Dementsprechend gestattet das zweite Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 4 erläutert, daß ein Kopfbehälter mit einem Durchmesser t, der kleiner als die Röhrenweite T ist, verwendet wird, und eine weitere Einsparung von Kühlmittel erzielt wird.

Nun wird das dritte Ausführungsbeispiel erklärt.

In diesem Ausführungsbeispiel ist jeder Kopfbehälter 2, 3 diametral in eine Wanne 12 und eine Endplatte 13 eingeteilt, während jedes der Röhrenenden geformt ist, um eine gekrümmte Form ähnlich derjenigen in den vorherigen Ausführungsbeispielen aufzuweisen.

Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel sind die Wanne 12 und die Endplatte 13 jeweils kreisförmig mit im wesentlichen dem gleichen Krümmungsradius gekrümmt, und miteinander verbunden, um einen im wesentlichen elliptischen Querschnitt der Kopfbehälter 2, 3 zu ergeben. In diesem Fall ist die Endplatte 13 entlang ihrer gegenüberliegenden Verbindungskanten 13a mit der Wanne 12 so verbunden, daß die Verbindungskanten 13a in entsprechenden Verbindungskanten 12a der Wanne 12 liegen. Die jeweiligen Röhren 4 sind seitlich in die Kopfbehälter durch die Einfügungslöcher 11 der Endplatte 13 eingefügt.

Dementsprechend erlaubt das dritte Ausführungsbeispiel, den Kopfbehälter so auszulegen, daß sich ein im wesentlichen elliptischer Querschnitt ergibt. Dieses wiederum erlaubt, daß ein inneres Volumen jedes Kopfbehälters reduziert wird, und dadurch eine weitere Einsparung von Kühlmittel erzielt wird.

Die Kombination des Zweikomponenten-Kopfbehälters mit dem kegelförmig zugespitzten Röhrenende, wie in Fig. 4 gezeigt, verbessert den Kühlmittel-Einspareffekt noch weiter.

Obwohl der Zweikomponenten-Kopfbehälter die Wanne und die Endplatte umfassend dargestellt ist, welche beide mit im wesentlichen dem selben Krümmungsradius gekrümmt sind, können die Wanne und die Endplatte mit verschiedenen Krümmungsradien gekrümmt werden, um anders als die kreisförmig gekrümmten Oberflächen gekrümmte Oberflächen zu bilden, zum Beispiel elliptisch gekrümmte Oberflächen.

Schließlich erläutern die Fig. 7 und 8 das vierte Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet ebenso die Kopfbehälter 2, 3, die diametral in die Wanne 12 und die Endplatte 13 in derselben Weise wie im dritten Ausführungsbeispiel unterteilt sind. Jedes Ende der Röhre 4 kann mit dreieckiger Gestalt, wie in Fig. 7 dargestellt, oder in ähnlicher Weise trapezförmig, wie in Fig. 8 dargestellt, abgeschnitten werden. Somit wird jedes Ende jeder Röhre, die in jeden Kopfbehälter eingesetzt ist, entlang der inneren peripheren Oberfläche des Kopfbehälters, welche sich auf einer Seite dieses Kopfbehälters erstreckt, welche das Röhrenende aufnimmt, abgeschnitten, und kann daher auch irgendwelche anderen als die kreisförmig gekrümmte Form aufweisen, zum Beispiel die gewinkelte Form, wie in diesem vierten Ausführungsbeispiel.

Claims

1. Wärmetauscher des Gleichstrom-Typs mit

a) einer Vielzahl flacher Röhren und gewellter Rippen, die abwechselnd aufeinandergelegt sind,
b) einem ersten Kopfbehälter, mit dem die Röhren durch Ansetzen an dem einem ihrer Enden seitlich verbunden sind, und
c) einem zweiten Kopfbehälter, mit dem die Röhren durch Ansetzen an ihrem anderen Ende seitlich verbunden sind, wobei
d) die in den Kopfbehälter eingesetzten Enden der Röhren gesehen in Durchflußrichtung des Kopfbehälters entlang der inneren Oberfläche des Kopfbehälters in vorbestimmter Form ausgeschnitten sind, um den Strömungswiderstand im Kopfbehälter zu verringern,
dadurch gekennzeichnet, daß
e) jede Röhre (4) an jedem Ende mit einer vorbestimmten Erstreckung in eine entsprechende Einfügungsöffnung (11) des jeweiligen Kopfbehälters (2, 3) zum Bilden eines Lötrands eingesetzt ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kopfbehälter (2, 3) aus einem zylindrischen Rohr gebildet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kopfbehälter (2, 3) in eine mit Röhren-Einsetzöffnungen ausgebildete Endplatte (13) und eine in Distanz zu den Röhren angeordnete Wanne (12) geteilt ist.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeschnittene Röhrenende kreisförmig entlang der inneren Oberfläche des Kopfbehälters (2, 3) ausgebildet ist.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeschnittene Röhrenende dreieckig entlang der inneren Oberfläche des Kopfbehälters (2, 3) ausgebildet ist.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeschnittene Röhrenende trapezförmig entlang der inneren Oberfläche des Kopfbehälters (2, 3) ausgebildet ist.