DE69209817T2

DE69209817T2 - Verdampfer oder Verdampfer/Verflüssiger

Info

Publication number: DE69209817T2
Application number: DE69209817T
Authority: DE
Inventors: Leon A Guntly; Jerome P Henkes; David T Hill; Gregory G Hughes; Michael J Reinke; James C Rogers; John B Welker
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 1992-03-11
Filing date: 1992-10-21
Publication date: 1996-08-22
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: EP0559983B1; EP0559983A1; AU660885B2; ATE136638T1; US5279360A; JP3340785B2; BR9301124A; CA2081695A1; KR100265657B1; JPH0611280A; KR930019339A; US5533259A; MX9301302A; AU2742692A; CA2081695C; DE69209817D1

Description

Die Erfindung betrifft Verdampfer oder Verdampfer/Kondensatoren mit 2-Phasen-Wärmeaustauschern für die Anwendung in Kühlvorrichtungen oder Wärmepumpvorrichtung.
Eine Vorrichtung für den Austausch von Wärme zwischen einem Fluid und Luft ist in der US-A-4,144,933 offenbart. Die Vorrichtung verfügt über wenigstens ein Wärmeaustauscherelement mit einer Vielzahl von Fluidrohren, an denen Wärmeübertragungsstreifen befestigt sind, die zwischen sich Luftdurchführungen bilden. Am rückseitigen Ende jedes Wärmeaustauscherelements sind die Streifen so gebogen, daß sie sich in die Auslaßrichtung der aus dem Element ausströmenden Luft erstrecken.
Die GB-A-2,131,941 offenbart einen Kühler für ein Motorrad mit einem Grundkörper, der eine gekrümmte Vorderseite aufweist. Die Rohre des Grundkörpers lassen sich entweder in vertikale oder horizontale Richtung aus richten und können gekrümmt sein, um die konkave Vorderfläche des Grundkörpers zu bilden. Gerade Rohre von unterschiedlicher Tiefe sind ebenfalls verwendbar, um die gekrümmte Vorderfläche zu bilden.
Bei der Dampfkompression, bei Klimaanlagen Loder Vorrichtungen mit Wärmepumpen ist ein Wärmeaustauscher in einer bestimmten Art von Luftbehandlungsgerät, wie beispielsweise einer Plenumkammer mit einem zugeordneten Gebläse, angeordnet. Im Fall von Klimaanlagen ist die Plenumkammer gewöhnlich, aber nicht immer die Heißluftplenumkammer einer Heizeinrichtung.
Auf jeden Fall wird der Wärmeaustauscher sowohl in Klimaanlagen als auch in Wärmepumpvorrichtungen als ein Verdampfer zum Verdampfen eines Arbeitsfluids verwendet, um die Wärme von der umgebenden Luft, die durch ein der Plenumkammer zugeordnetes Gebläse durch den Wärmeaustauscher bewegt wird, zu absorbieren. Im Fall einer Wärmepumpe dient der Wärmeaustauscher zu Heizzwecken auch als Kondensator für das Arbeitsfluid, das an die umgebende Luft Wärme abgibt und dabei innerhalb des Wärmeaustauschers kondensiert.
Am häufigsten haben diese Wärmeaustauscher die Gestalt von sogenannten A-Rohrschlangenverdampfern. Gewöhnlich ist ein A-Rohrschlangenverdampfer in der Praxis von zwei im wesentlichen getrennten Wärmeaustauschern gebildet, die nach oben einander zugeneigt sind. Jeder Wärmeaustauscher ist von einer Vielzahl von Plattenrippen gebildet, die parallel in vertikalen Ebenen angeordnet sind und durch die horizontal ausgerichtete, runde Rohre hindurchlaufen. Die Enden der runden Rohre, die aus jedem Ende des Stapels der Plattenrippen herausragen, sind mit U-Rohren verbunden. Eine Doppelwanne, die im wesentlichen eine Wanne mit einem offenen Mittelbereich ist, hält die Wärmeaustauscher, wobei die Wanne auf beiden Seiten der mittleren Öffnung das Kondensat von einem der beiden Wärmeaustauscher aufnimmt. Die zu kühlende oder erwärmende Luft strömt nach oben durch den offenen Mittenbereich der Wanne und durch die Plattenrippen in eine nach oben und schräg nach außen gerichtete Richtung innerhalb der Plenumkammer.
Obgleich A-Rohrschlangenverdampfer für ihre Zwecke zufriedenstellend arbeiten, weisen sie dennoch eine Anzahl von Nachteilen auf. Zum einen läuft das an den Plattenrippen kondensierende Kondensat in vielen Fällen, wenn diese als Verdampfer betrieben werden, nicht befriedigend ab und überbrückt die Lücke zwischen benachbarten Rippen.
Die sich ergebende Wasserbrücke behindert die Luftströmung durch den Wärmeaustauscher, was seinerseits die Wärmeübertragung der Luft verringert. Die Temperatur der Rippe und der Röhre kann derart tief absinken, daß das Wasser, das die Rippen überbrückt, auszufrieren beginnt. Folglich wird dadurch die Entwässerung zunehmend behindert und der gesamte Wärmeaustauscher kann schließlich einfrieren.
Obwohl diese Schwierigkeit durch Anwenden einer stärkeren Luftströmung lösbar ist, ergibt sich daraus ein höherer Kapitalaufwand in Gestalt eines größeren Motors und/oder Gebläses sowie höherer Betriebskosten.
Weiterhin erfordert das Zusammenbauen der beiden Wärmeaustauscher zu einem A-Rohrschlangenwärmeaustauscher die Ausführung einer beträchtlichen Zahl von rein manuellen Arbeitsschritten, wodurch sich die Herstellungskosten erhöhen. Da jedes Rohr zwei gelötete oder hartgelötete Verbindungsstücke an jedem Ende aufweist, besteht eine verhältnismäßig große Wahrscheinlichkeit für die Leckage des Kühlmittels, wenn eine große Anzahl von Röhren verwendet wird. Herkömmliche A-Rohrschlangen sind ferner schwer und folglich schwierig bei der Installlation zu handhaben. Weiterhin sind sie leicht beschädigbar.
In vielen Fällen erfordert eine geeignete Verteilung des Kühlmittels über den Wärmeaustauscher, wenn dieser als Verdampfer verwendet wird, eine ziemlich komplexe Rohrlegearbeit und eine komplexe Verteilungsvorrichtung, um das gewünschte Maß an Gleichförmigkeit der Temperatur der Ausgangsluft über den Wärmeaustauscher hinweg zu erzielen.
Wenn der Wärmeaustauscher in einer Wärmepumpvorrichtung verwendet wird und folglich sowohl als Verdampfer und als Kondensator funktionieren muß, sind die Wirkungsgrade von großer Bedeutung. Wärmeaustauschvorgänge, bei denen beispielsweise Fluid von der flüssigen Phase in die Dampfphase oder umgekehrt übergeht, sind keineswegs so gut verstanden wie Wärmeaustauschvorgänge mit einer einzelnen Phase. Weiterhin unterscheiden sich Wärmeaustauschvorgänge mit zwei Phasen dadurch, daß das, was bei einem nicht von Wichtigkeit ist, beim anderen von Bedeutung ist. Beispielsweise müssen bei zweiphasigen wärmeübertragenden Verdampfungsvorgängen innerhalb einer Kühlvorrichtung Vorkehrungen getroffen werden, um das Kondensat zu handhaben, das aus der Feuchtigkeit der Umgebungsluft, die durch den Wärmeaustauscher hindurchströmt und an dessen kühlen Oberflächen kondensiert, herrührt. Bei den entsprechenden Kondensationsvorgängen besteht kein entsprechendes luftseitiges Problem. Bei zweiphasigen Kondensationsvorgängen erzwingen jedoch die Auswirkungen der Schwerkraft auf der Seite des Kühlmittels die Ausrichtung verschiedener Durchführungen, da es schwierig ist, das Kondensat nach oben fließen zu lassen, wenn es mit wesentlich weniger dichtem Dampf gemischt ist. Bei Wärmeaustauschern, die als Verdampfer betrieben werden, ist die Ausrichtung zur Berücksichtigung der Schwerkraft weniger von Bedeutung.
Andererseits können, wenn das einlaufende Kühlmittel bei einem als Verdampfer betriebenen Wärmeaustauscher nicht gleichförmig verteilt ist, wesentliche Temperaturunterschiede bei Luftmengen, die aus verschiedenen Teilen des Verdampfers ausströmen, auftreten und der Wirkungsgrad des Wärmeaustausches verschlechtert sich. Die Verteilung des einströmenden Dampfes ist jedoch bei Wärmeaustauschern, die als Kondensator betrieben werden, nicht von großer Bedeutung.
Folglich besteht nicht nur ein tatsächlicher Bedarf nach einem neuen und verbesserten Verdampfer, es besteht auch der Bedarf nach einem Wärmeaustauscher, der sich abwechselnd mit hohem Wirkungsgrad sowohl als Verdampfer als auch als Kondensator betreiben läßt und sich so besonders gut für die Anwendung in Wärmepumpvorrichtungen eignet.
Hauptaufgabe der Erfindung ist, einen neuen und verbesserten Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator für eine Kühlvorrichtung oder Wärmepumpvorrichtung zu schaffen. Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, einen derartigen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator zu schaffen, der verhältnismäßig billig in der Herstellung und der verhältnismäßig leicht und unempfindlich gegen Schäden ist, der beim Betrieb als Verdampfer eine ausgezeichnete Entwässerung des Kondensats bietet und der einen kleinen Kondensatsammeltrog und eine kleinere Menge an Kühlmittel im Vergleich zu herkömmlichen A-Rohrschlangenverdampfern oder Verdampfern/Kondensatoren benötigt.
Ein Hauptziel der Erfindung ist auch, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Verdampfers oder Verdampfers/Kondensators zu schaffen.
Die Erfindung schafft einen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator für Kühlvorrichtungen oder Wärmepumpvorrichtungen mit einem Wärmeaustauscher mit ersten und zweiten im Abstand angeordneten druckfesten Kopfstücken, zwischen denen sich eine Vielzahl von länglichen Rohren mit flachem Querschnitt parallel im Abstand zueinander erstrecken und mit diesen strömungstechnisch verbunden sind, und mit schlangenförmigen Rippen, die sich zwischen benachbarten Rohren erstrecken und mit diesen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfstücke eine Ebene bilden und die Rohre und Rippen zwischen den Kopfstücken zu einer U- oder V- förmigen Ausgestaltung gebogen sind, die eine sich im Abstand von dieser Ebene erstreckende Scheitellinie bildet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Kondensatwanne vorgesehen, die parallel zur Scheitellinie ausgerichtet und an dieser befestigt ist.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Rohre aus stranggepreßtem Aluminium hergestellt und umfassen eine Vielzahl von inneren Stegen, die jedes Rohr in eine Vielzahl von Strömungsdurchführungen von verhältnismäßig kleinem hydraulischem Durchmesser unterteilen.
Insbesondere wenn das Gerät ein Verdampfer/Kondensator ist, beträgt der hydraulische Durchmesser vorzugsweise 1,778 Millimeter (0,070 Inches) oder weniger. Noch weiter vorzuziehen ist ein hydraulischer Durchmesser von 1,016 Millimeter (0,040 Inches) oder weniger.
Die Erfindung sieht vor, daß die Rohre über breitseitige und schmalseitige Abmessungen verfügen und daß die Scheitellinie von Biegungen der Röhren gebildet ist, die sich aus den Biegekräften ergeben, die über die breitseitigen Abmessungen der Rohre angelegt wurden.
Typischerweise bilden die Rohre und Rippen einen Grundkörper. Die Erfindung sieht vor, daß Seitenstücke auf entgegengesetzten Seiten des Grundkörpers angeordnet sind und sich zwischen den Kopfstücken erstrecken. Die Seitenstiicke sind länglich und umfassen zwischen ihren Enden eine ziehharmonikaförmige Ausformung, um die Ausbildung der Scheitellinie zu erleichtern. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die ziehharmonikaförmige Ausformung Schlitze, die sich teilweise quer über die jeweiligen Seitenstücke in der Nähe der Scheitellinie erstrecken. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Seitenstück entgegengesetzte Kanten und die Schlitze sind in beiden Kanten angeordnet, wobei die Schlitze in einer Kante bezüglich den Schlitzen in der anderen Kante versetzt sind.
Die Erfindung sieht ferner eine Umlenkplatte in wenigstens einem der Kopfstücke im mittleren Bereich zwischen dessen Enden vor, um dadurch einen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit Mehrfachdurchlauf zu bilden. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist nur eine einzige Umlenkplatte in einem der Kopfstücke ungefähr an dessen Mittelpunkt angeordnet, so daß zwei Durchläufe mit ungefähr gleichem Flußquerschnitt entstehen.
Die Erfindung sieht weiterhin einen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit mehrfacher Rohrreihe vor. Dieses Merkmal der Erfindung wird durch eine verschachtelte Anordnung von wenigstens zwei der zuvor beschriebenen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensatoren, die aneinander befestigt sind, gebildet.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verfügt der Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit mehrfacher Rohrreihe über Rohre, die in benachbarten Reihen aufeinander ausgerichtet sind. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Rohre benachbarter Reihen untereinander versetzt.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die schlangenförmigen Rippen und Rohre aus Aluminium gebildet. Vorzugsweise sind ungefähr 20 Rippen pro Inch vorhanden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des Verdampfers oder Verdampfers/Kondensators vorgesehen, das als Verfahrensschritte vorsieht: a) Zusammenbau der parallelen abgeflachten Rohre mit den im Abstand parallelen Kopfstücken und mit den schlangenförmigen Rippen zwischen den Rohren; b) Ausführen eines Verbindevorgangs an der sich aus Arbeitsschritt a) ergebenden Einheit, um die Kopfstücke, die Rohre und die Rippen zu einer ein Ganzes bildenden Baueinheit zusammenzufügen; und c) darauffolgendes Biegen der ein Ganzes bildenden Baueinheit zwischen den Kopfstücken in eine U- oder V-förmige Ausgestaltung.
Vorzugsweise sind die Rippen, die Rohre und die Kopfstücke aus Aluminium und der Verbindevorgang von Arbeitsschritt b) ist ein Hartlötvorgang.
Die Erfindung sieht vor, daß dem Biegearbeitsschritt als weiterer Verfahrensschritt das Hinzufügen von Seitenplatten und das Anbringen einer Wanne an die ein Ganzes bildende Baueinheit folgt, so daß diese entlang dem unteren Ende der U- oder V-förmigen Ausgestaltung verläuft und zu dieser hin offen ist und folglich als ein Kondensatsammelwanne wirkt.
Die Erfindung sieht ferner vor, daß Arbeitsschritt a) das Anbringen von Seitenstücken an entgegengesetzten Seiten der Baueinheit umfaßt, so daß sie diese flankieren und sich zwischen den Kopfstücken erstrecken, und daß die Seitenstücke mit ziehharmonikaförmigen Ausformungen zwischen ihren Enden versehen sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die zuvor erwähnten Arbeitsschritte a) b) und c) wiederholt, um wenigstens zwei U- oder V-förmige Ausgestaltungen zu schaffen, und werden von einem Arbeitsschritt d) gefolgt, in dem die U- oder V-förmigen Ausgestaltungen zu einem Stapel verschachtelt werden, um einen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit Mehrfachreihe zu schaffen.
Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht ferner den zusätzlichen Arbeitsschritt e) vor, bei dem unter das unterste Ende der U- oder V-förmigen Ausgestaltung eine Wanne angebracht wird, die entlang dessen unteren Ende verläuft und zur U- oder V-förmigen Ausgestaltung hin offen ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht eine Ausführungsform vor, daß der Arbeitsschritt des Verschachtelns ein Aufeinanderausrichten benachbarter Rohre der U- oder V-förmigen Ausgestaltung umfaßt, während eine andere Ausführungsform der Erfindung vorsieht, daß der Arbeitsschritt des Verschachtelns ein Versetzen der Rohre von benachbarten U- oder V-förmigen Ausgestaltungen umfaßt.
Das Verfahren der Erfindung sieht ferner einen Verfahrensschritt vor, bei dem eine Umlenkplatte in einem der Kopfstücke zwischen dessen Enden eingerichtet wird, um dadurch einen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit Mehrfachdurchlauf zu schaffen.
Weitere Ziele und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung deutlich, die anhand der beigefügten Zeichnung erfolgt, wobei:
Fig. 1 eine Explosionsansicht eines Wärmeaustauschers vom sogenannten parallelen Strömungstyp ist und eine Vielzahl von wichtigen Bauteilen eines gemäß der Erfindung hergestellten Verdampfers oder Verdampfers/Kondensators darstellt;
Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines stranggepreßten, abgeflachten, in der Erfindung verwendeten Rohres ist;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines gemäß der Erfindung hergestellten Verdampfers oder Verdampfers/Kondensators vor der Fertigstellung ist;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Verdampfers oder Verdampfers/Kondensators im gleichen Herstellungszustand wie der in Fig. 3 dargestellte ist;
Fig. 5 eine zu Fig. 4 ähnliche Ansicht ist, die den Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator in einem nachfolgenden Herstellungszustand zeigt;
Fig. 6 eine Seitenansicht eines fertiggestellten Verdampfers/Kondensators ist;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des fertiggestellten Verdampfers/Kondensators ist;
Fig. 8 eine Teilseitenansicht des von der rechten Seite in Fig. 6 gesehenen Verdampfers oder Verdampfers/Kondensators ist;
Fig. 9 eine schematische Ansicht einer Grundkörperbiegevorrichtung ist;
Fig. 10 eine zu Fig. 5 ähnliche Ansicht, aber eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit mehrfacher Rohrreihe ist;
Fig. 11 eine vergrößerte, im Querschnitt gesehene Teilansicht von einer Rohrausrichtung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit mehrfacher Rohrreihe ist; und
Fig. 12 eine zu Fig. 11 ähnliche Ansicht, aber eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung ist.
Ein Wärmeaustauscher vom parallelen Strömungstyp ist in Fig. 1 dargestellt. Man sollte zur Kenntnis nehmen, daß Fig. 1 keinen gemäß der Erfindung hergestellten, fertigen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator darstellt, sondern einen Wärmeaustauscher, der ein hohes Maß an Übereinstimmung mit dem Verdampfer öder Verdampfer/Kondensator der Erfindung aufweist. Dieser wurde mehr wegen der einfachen Bezugnahme und Beschreibung von tatsächlichen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung als aus anderen Gründen aufgenommen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt der Wärmeaustauscher entgegengesetzte, im Abstand angeordnete, im allgemeinen parallele Kopfteile 10 und 12. Die Kopfteile 10 und 12 sind vorzugsweise aus im allgemeinen zylindrischen Aluminiumrohren mit einer Aluminium-Bronze-Plattierung auf der äußeren Oberfläche hergestellt. Auf ihren zugewandten Seiten sind diese mit einer Reihe von im allgemeinen parallelen Schlitzen oder Öffnungen 14 zur Aufnahme der zugeordneten Enden 16 und 18 der abgeflachten Rohren 20 ausgestattet. Die Rohre 20 sind vorzugsweise aus Strangpreßteilen aus Aluminium gefertigt, wie nachfolgend näher anhand der Fig. 2 erläutert wird.
Die als Kopfteile dienenden Rohre 10 und 12 sind vorzugsweise geschweißt und umfassen folglich eine Schweißnaht, die beim Kopfteil 12 mit 19 bezeichnet ist. Die Schlitze 14 sind in die Seitenflächen der Kopfteile 10 und 12 eingestanzt.
Vorzugsweise ist jedes der Kopfteile 10 und 12 zwischen den Schlitzen 14 in dem mit 22 bezeichneten Bereich mit in etwa sphärischen Ausbuchtungen versehen, um die Widerstandsfähigkeit gegen hohe Drücke zu verbessern, wie mit mehr Einzelheiten in dem gemeinsam übertragenen US-Patent 4,615,385 von Saperstein et al. beschrieben ist.
Das Kopfteil 10 verfügt über entgegengesetzte Enden, die durch Kappen 24, die an diese angelötet oder angeschweißt sind, verschlossen sind. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die verschiedenen Bauteile alle hart zusammengelötet und dementsprechend ist Hartlöten das Mittel, das dazu verwendet wird, die Kappen 24 am Kopfteil 10 anzubringen. Entsprechend lassen sich Anschlüsse, wie beispielsweise Anschlüsse 26 für den Dampfeinlaß/Dampfauslaß an das eine Ende des Kopfteils 12 anlöten, während sich ein Anschluß 32 für den Flüssigkeitseinlaß/Flüssigkeitsauslaß an dessen entgegengesetztes Ende anlöten läßt. Da die Eingangs- und Ausgangsströmung getrennt werden müssen, ist das Kopfteil 12 in einem mittleren Bereich zwischen seinen Enden, wie beispielsweise im Bereich der Bezugsziffer 33 und insbesondere an seinem Mittelpunkt geschlitzt, um eine Umlenkplatte 35 aufzunehmen. Gemäß der Erfindung sind der Schlitz 33 und die Umlenkplatte 35 gemäß dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 4,936,381 von Alley ausgestaltet.
Wie leicht in Fig. 1 erkennbar ist, erstreckt sich eine Vielzahl von Rohren 20 parallel zueinander zwischen den Kopfteilen 10 und 12 und ist strömungstechnisch mit dem Inneren der Kopfteile 10 und 12 verbunden. Die Rohre 20 auf der einen Seite der Umlenkplatte 35 sind folglich strömungstechnisch parallel zueinander ausgerichtet, während die Rohre auf der entgegengesetzten Seite der Umlenkplatte 35 strömungstechnisch parallel zueinander ausgerichtet sind, aber in Reihe mit der ersten Gruppe von Rohren angeordnet sind und so einen Wärmeaustauscher mit zweifachem Durchlauf bilden.
Zwischen benachbarten Rohren 20 sind mit Durchströmöffnungen versehene, schlangenförmige Rippen 34 aus bronzeplattiertem Aluminium angeordnet. Gemäß der Erfindung sind vorzugsweise zumindest 20 und nicht weniger als 26 Rippen pro Inch vorhanden. Das obere und untere Seitenteil 36 und 38 aus Aluminium erstrecken sich zwischen den Kopfteilen 10 und 12, um der Vorrichtung Festigkeit zu verleihen.
Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, ist jedes der Rohre 20 ein stranggepreßtes, abgeflachtes Rohr mit einer schmalseitigen Abmessung und einer breitseitigen Abmessung. Typischerweise wird die schmalseitige Abmessung so klein wie möglich gemacht, da diese Abmessung der gerichteten Luftströmung durch den Wärmeaustauscher zugewandt ist. Folglich verringert eine Vergrößerung der schmalseitigen Abmessung bei einer gegebenen vorderseitigen Fläche des Wärmeaustauschers den Strömungsquerschnitt für die Luft und vergrößert demnach den Druckabfall über den Wärmeaustauscher, was mehr Energie erfordert, um die Luft durch diesen hindurchzubefördern. Weiterhin verringert eine Vergrößerung der schmalseitigen Abmessung des Rohres 20 auch die verfügbare Fläche für luftseitige Oberflächenvergrößerungen, wie sie typischerweise durch Rippen, wie beispielsweise die Rippen 34, bewerkstelligt sind.
Gleichzeitig kann die schmalseitige Abmessung nicht zu klein gemacht werden oder ansonsten ergeben sich eine innere Durchführung oder Durchführungen innerhalb des Rohres 20 von einer derart verringerten Größe, daß diese einen übergroßen Widerstand für das innerhalb der Rohre fließende Wärmeaustauschfluid bieten.
Typischerweise sind die schmalseitigen Abmessungen von der Größenordnung 1,90 Millimeter.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die breitseitige Abmessung des Rohres 20 mit 27,56 Millimeter wenig größer als ein Inch. Diese Abmessung ist in Verbindung mit der schmalseitigen Abmessung des Rohres so gewählt, daß sich durch jedes Rohr die gewünschte Strömungsfläche ergibt. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, muß bei der Wahl der breitseitigen Abmessungen des Rohres etwas Sorgfalt aufgewendet werden, so daß die breitseitigen Abmessungen des Rohres nicht so groß gewählt werden, daß das Anwenden einer Biegekraft über die breitseitigen Abmessung des Rohres zu einem Knicken führt. Im allgemeinen liegen die breitseitigen Abmessungen des Rohres im Bereich von ungefähr 13 Millimeter bis 32 Millimeter.
Innerhalb jedes abgeflachten Rohres 20 befindet sich eine Vielzahl von Strömungsdurchführungen 40 von im allgemeinen dreieckiger Gestalt. Die Strömungsdurchführungen 40 sind durch integrierte Stege 42 getrennt, die sich zwischen den Seiten des Rohres 20 erstrecken. Gewöhnlich bilden die Innenwände 44 und 46 des Rohres zusammen mit den Stegen 42 die Durchführungen 40, so daß diese einen verhältnismäßig kleinen hydraulischen Durchmesser aufweisen. Der hydraulische Durchmesser ist wie üblich definiert, nämlich als Querschnittsfläche eines bestimmten Strömungsweges, multipliziert mit vier und geteilt durch den benetzten Umfang des betreffenden Strömungsweges. Gemäß der Erfindung liegt der hydraulische Durchmesser vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,015 bis 0,070 Inches (0,381 bis 1,78 Millimeter) und beträgt vorzugsweise 0,04 Inches (1,02 Millimeter) oder weniger. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der hydraulische Durchmesser 0,031 Inches (0,76 Millimeter). Diese hydraulischen Durchmesser bewirken einen Betrieb als Kondensator mit hohem Wirkungsgrad, der durch die Beseitigung der Auswirkung der Gravitation unabhängig von der Ausrichtung der Rohre 20 ist, wie mit mehr Einzelheiten in dem gemeinsam übertragenen US- Patent 4,998,580 von Guntly et al. erläutert ist, dessen Einzelheiten durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen sind.
Die Stege 42 weisen eine Anzahl von Funktionen auf. Sie dienen zusammen mit den inneren Wänden 44 und 46 jedes Rohres 20 dazu, die einzelnen und verschiedenen Strömungswege 40, die sich von einem Ende der Rohre 20 zum anderen erstrecken, zu bilden, und dienen zusätzlich dazu, die Rohre 20 gegen ein Ausbeulen einer Seitenwand in Richtung einer anderen oder von dieser weg zu verstärken, wenn eine Biegekraft über die breitseitige Abmessung des Rohres angewendet wird.
Sie dienen auch dazu, ein Brechen der Rohre 20 zu ver hindern, wenn diese einem verhältnismäßig hohen inneren Druck ausgesetzt sind. Schließlich kann bei der Wärmeübertragung selbst Wärme von oder auf die Stege 42 auf oder von den Seitenwänden der Rohre 20 fließen. Das Fluid innerhalb der Rohre 20 berührt selbstverständlich die Stege 42 und steht mit diesen in einem Wärmeaustauschverhältnis. Folglich ist der Teil des Fluids innerhalb der Rohre 20, der die Oberflächen 44 und 46 nicht berührt, der aber in Berührung mit den Stegen 42 steht, dennoch einem guten Wärmeübergang zum oder vom entsprechenden Rohr 20 selbst über die Stege 42 ausgesetzt.
Wenn der Wärmeaustauscher als Verdampfer benutzt wird, findet selbstverständlich der Wärmefluß von den Rippen 34 zu den Rohren 20 auf das in den Durchführungen 40 fließende Kühlmittel statt. Wenn der Wärmeaustauscher als Verdampfer/Kondensator in einer Wärmepumpvorrichtung verwendet wird, verhält sich der Wärmefluß wie soeben erwähnt, wenn dieser als Verdampfer benutzt wird. Wenn dieser jedoch als Kondensator in einer Wärmepumpvorrichtung verwendet wird, findet der Wärmefluß von dem in den Durchführungen 40 enthaltenen Kühlmittel auf das Rohr 20 und dann auf die schlangenförmigen Rippen 34 (Fig. 1) statt.
Fig. 3 und 4 stellen maßstäbliche Zeichnungen eines gemäß der Erfindung gefertigten Verdampfers oder Verdampfers/Kondensators dar. Es ist erkennbar, daß die Länge der Rohre 20, wie in Fig. 3 dargestellt, viel größer als die Länge der in Fig. 1 dargestellten Rohre ist, und dies entspricht der Erfindung. Der Zweck der vergrößerten Länge ist, zu ermöglichen, daß ein ebener Wärmeaustauscher, wie der in Fig. 1 dargestellte, zwischen seinen Enden biegbar ist, um eine U- oder V- förmige Ausgestaltung mit zwei sich im Abstand befindenden Schenkeln zu bilden, von denen jeder über eine Größe verfügt, die in etwa gleich der Größe des in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauschers ist, obwohl diese offensichtlich in Abhängigkeit von der jeweiligen den Wärmeaustauscher einschließenden Vorrichtung schwankt. Jedenfalls sind in Fig. 3 gleiche Bezugszeichen verwendet worden, um gleiche Teile zu bezeichnen. Es ist erkennbar, daß eine Umlenkplatte 35 innerhalb des Kopfstückes 10 ungefähr an dessen Mitte angeordnet ist. Folglich ist die Zahl von Rohren 20 auf jeder Seite der Umlenkplatte 35 im wesentlichen die gleiche. Wenn alle Rohre identisch sind, schafft die Umlenkplatte 35 im Kopfstück 10 zwei Durchläufe von im wesentlichen gleichen Flußquerschnitt. Durch das Anwenden von zusätzlichen Umlenkplatten 35 lassen sich je nach Wunsch zusätzliche Durchläufe schaffen. Ein Rohr 50 mit verhältnismäßig großem Durchmesser ist strömungstechnisch mit dem Teil des Kopfstückes 10 unter der Umlenkplatte 35 verbunden und dient als Dampfauslaßrohr, wenn der Wärmeaustauscher als Verdampfer betrieben ist, oder als Dampfeinlaßrohr, wenn der Wärmeaustauscher als Kondensator in einer Wärmepumpvorrichtung betrieben ist.
Ein Flüssigkeitseinlaß-/Flüssigkeitsauslaßrohr 52 mit kleinerem Durchmesser ist strömungstechnisch mit dem Inneren des Kopfstückes 10 auf der oberen Seite der Umlenkplatte 35 verbunden.
In vielen Fällen sind die Seiten des Verdampfers durch U- oder V-förmige Seitenplatten 53 ohne Öffnungen (Fig. 6 und 7) abgeschlossen, die an die Seitenstücke 36 und 38 angebracht sind. Die Seitenplatten 53 ohne Öffnungen halten Luft davon ab, um die Seitenstücke 36, 38 herum von einer Seite des Grundkörpers auf die andere Seite zu strömen, ohne durch die Rippen 34 hindurchzutreten.
An der Oberseite der Seitenplatten 53 sowie an den Kopfstücken 10 und 12 ist ein äußerer Befestigungsflansch 54 angeordnet. Der Flansch 54 verfügt über eine flache, horizontale, äußere Befestigungsfläche 55, die dazu eingerichtet ist, an einer geeigneten Befestigungsfläche innerhalb einer Plenumkammer eines Ofens, Luftaufbereiters oder einer Wärmepumpe, in der der Verdampfer/Kondensator verwendet wird, anzuliegen und dort angebracht zu sein. Folglich dienen die Seitenplatte und Befestigungsfläche 55 dazu, die Luftströmung durch den Grundkörper zu leiten und ein Umgehen desselben zu verhindern.
Das Kopfstück 12 ist vorzugsweise mit einem Verbindungsrohr 56 versehen, das die Abschnitte des Kopfstückes 12 auf entgegengesetzten Seiten der Umlenkplatte 35 in diesem Kopfstück verbindet, aber was nicht unbedingt erforderlich ist und zusammen mit der Umlenkplatte 35 in bestimmten Fällen weggelassen werden kann.
Fig. 3 läßt sich entnehmen, daß die Rohre 50, 52 und 56 alle mit dem ungefähren Zentrum des Abschnitts des Kopfstückes 10 oder 12, dem sie zugeordnet sind, verbunden sind. Dieses Merkmal der Erfindung ist von großer Wichtigkeit, wenn der Wärmeaustauscher als Verdampfer betrieben ist, da es eine gute Verteilung des Kühlmittels über den Verdampfers schafft und so die Temperaturunterschiede von einer Wärmeaustauscherseite zur anderen minimiert.
In Fig. 4 ist das Seitenstück 38 in etwa an seinem Mittelpunkt mit einer ziehharmonikaförmigen Ausformung versehen, die allgemein mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet ist. Auf ähnliche Weise ist das Seitenstück 36 mit einer derartigen ziehharmoni kaförmigen Ausformung am gleichen Ort versehen (nicht dargestellt).
Jede ziehharmonikaförmige Ausformung ist von einer Reihe von Schlitzen oder Kerben gebildet. Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, ist eine Kante 62 des Seitenstückes 38 mit einer Reihe von Schl itzen oder Kerben 64 versehen, die sich quer zur Längsrichtung der Seitenstücke und zu der entgegengesetzten Kante 66, aber nicht vollständig bis zu dieser erstrecken. Auf ähnliche Weise ist die Kante 66 mit einer Reihe von etwas längeren Schlitzen oder Kerben 68 versehen, die sich zu der Kante 62 erstrecken. Die Schlitze 64 verfügen über eine Tiefe von ungefähr zwei Dritteln der Tiefe der Schlitze 68, und ein ununterbrochener zentraler Bereich 70, der sich in Längsrichtung der Seitenstücke 38 zwischen dem Grund der Schlitze 64 und 68 erstreckt, hat eine Breite, die ungefähr gleich der Tiefe der Schlitze 64 oder möglicherweise etwas weniger ist.
Der in den Fig. 3 und 4 dargestellte Wärmeaustauscher wird im allgemeinen gemäß dem Verfahren, das in dem gemeinsam übertragenen US-Patent 4,688,311 von Saperstein dargestellt ist, zusammengebaut, dessen Einzelheiten durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen sind. Dessen Aufbau entspricht zu diesem Zeitpunkt der Herstellung, abgesehen von der Länge der Rohre 20, im wesentlichen dem Aufbau in dem zuvor genannten, gemeinsam übertragenen US-Patent 4,998,580. Der Gebrauch von stranggepreßten Rohren, wie die in Fig. 2 dargestellten, ist gegenüber Rohren, die mit Abstandsstücken oder Einsätzen versehen sind, wie insbesondere im Patent 4,688,311 oder Patent 4,998,580 offenbart, vorzuziehen. Wenn die letzteren verwendet werden, werden sie aus bronzeplattiertem Aluminium hergestellt und die Rippen 34 brauchen in diesem Fall nicht bronzeplattiert zu sein.
Es ist erkennbar, daß der in den Fig. 3 und 4 dargestellte Wärmeaustauscher selbstverständlich eben ist. Gemäß der Erfindung wird der Wärmeaustauscher in eine U- oder V-förmige Ausgestaltung, wie beispielsweise in Fig. 5 dargestellt, umgeformt. Zu diesem Zweck wird der Wärmeaustauscher von Fig. 3 und 4 zu der in Fig. 5 dargestellten Ausgestaltung gebogen. Das Biegen findet in dem Bereich der ziehharmonikaförmigen Ausformung 60 statt. Die Biegung läßt sich durch eine Vorrichtung, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, ausführen. Der Wärmeaustauscher in einer ebenen Gestalt, wie in den Fig. 3 und 4, liegt mit einer Seite an der Unterseite 71 einer Bank 72 an und erstreckt sich so, daß sein Mittetpunkt mit der ziehharmonikaförmigen Ausformung 60 auf einem festen zylindrischen Dorn 73 anliegt, der durch umgedrehte L- förmige Arme 74 an der Bank angebracht ist. Der Dorn 73 weist typischerweise einen Durchmesser von 4 Inches oder mehr auf.
Ein Hebel 75 ist drehbar an die zylindrische Achse des Dorns 73 angebracht und verfügt zwischen seinen Enden über eine Rolle 77. Auf der Oberfläche des Teils des Wärmeaustauschers, der sich über den Dorn hinaus erstreckt, kann eine Platte 78 lose angeordnet sein, an der die Rolle 77 anliegt. Durch Betätigen des Hebels 75 in Richtung eines Pfeils 79 wird die erforderliche Biegekraft gleichmäßig auf die Platte 78 aufgebracht bis die in Fig. 5 dargestellte Ausgestaltung erreicht ist.
Die Biegekraft wird selbstverständlich über die breitseitigen Abmessungen der Rohre 20 angelegt, aber da diese stranggepreßte Aluminiumwerkstücke sind, verformen sich diese leicht ohne einzuknicken. Rohre mit einzelnen Einsätzen können, wie in dem zuvor erwähnten US-Patent 4,688,311 beschrieben, ebenso anstatt stranggepreßter Werkstücke verwendet werden, aber bei einer vergleichbaren breitseitigen Abmessung neigen diese eher dazu, während des Biegevorgangs einzuknicken. Die ziehharmonikaförmige Ausformung 60 gestattet den Seitenstücken 36 und 38 ein Biegen ohne erkennbares Einknicken.
Auf jeden Fall führt das Biegen zu der Ausbildung einer Scheitellinie 80 am ungefähren Mittelpunkt der ziehharmonikaförmigen Ausformung 60. Die Scheitellinie 80 befindet sich unter der von den Kopfstücken 10 und 12 gebildeten Ebene. An dieser Scheitellinie 80 ist eine Kondensatwanne (Fig. 6 bis 8), die allgemein mit dem Bezugszeichen 82 bezeichnet ist, beispielsweise durch sich in die Seitenplatten und unter Umständen in die Seitenstücke 36 und 38 erstreckende Schrauben 84 angebracht. Die Wanne 82 ist aus Endstücken 86 und 88 und einem verbindenden U-förmigen, nach oben offenen Bodenund Seitenwandstück 90 gebildet. Die Endwand 86, die Endwand 88 oder auch beide können mit einem oder mehreren Kondensatauslaßanschlüssen 92 ausgestattet sein.
Wie der Fig. 8 zu entnehmen ist, sind die schmalseitigen Abmessungen der Rohre 20 nach außen gerichtet und frei von den schlangenförmigen Rippen 34, die sich nur entlang der breitseitigen Abmessungen der Rohre zwischen benachbarten Rohren oder auf den Seiten des sich ergebenden Grundkörpers zwischen einem Rohr 20 und einem der Seitenstücke 36 und 38 erstrecken. Folglich ist das sich auf den Rippen 34 oder Rohren 20 bildende und zu einem der Rohre 20 fließende Kondensat in der Lage, entlang demselben in dem Raum zwischen benachbarten Rippen 34 herunterzulaufen, bis die Scheitellinie 80 erreicht ist. Etwas Kondensat läuft auch durch die gebräuchlichen Lüftungsöffnungen in den Rippen 34 und läuft zu der Scheitellinie 80 herunter. Während sich das Kondensat an der Scheitellinie 80 ansammelt, entstehen Tropfen von ausreichender Größe, um die Oberflächenspannungen, die das Kondensat an der Scheitellinie 80 zurückhalten, zu überwinden, und das Kondensat fällt dann im freien Fall in die Kondensatsammelwanne 82.
Durch den Gebrauch einer U- oder V-förmigen Ausgestaltung läßt sich vorteilhafterweise eine einzelne Kondensatsammelwanne, wie beispielsweise die Wanne 82, gebrauchen, im Gegensatz zu der Notwendigkeit von zwei getrennten Sammelbereichen oder Wannen, die in typischen A-Rohrschlangen-Verdampfereinrichtungen vorhanden sind.
Die Erfindung sieht auch Verdampfer oder Verdampfer/Kondensatoren mit mehrfacher Rohrreihe vor. Ein Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit zweifacher Rohrreihe ist in Fig. 10 dargestellt. Im Grunde sind zwei oder mehr der Grundkörper, wie in Fig. 5 dargestellt, ohne die Wanne 82 und ohne die entsprechenden Einlaßteile, Auslaßteile und andere verbindende Rohre einfach, wie in Fig. 10 dargestellt, verschachtelt. Wie dargestellt, ist der oberste Grundkörper mit "Grundkörper 1" bezeichnet, während der unterste Grund körper mit "Grundkörper x" bezeichnet ist, wobei X eine ganze Zahl ist, die gleich der Gesamtzahl der Grundkörper in dem Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit mehrfacher Rohrreihe ist.
Die schematisch unter dem Bezugszeichen 100 und 102 dargestellten Leitungen verbinden die Kopfstücke 10 und 12 in der gewünschten Strömungsweganordnung und die Scheitellinie 80 des ersten Grundkörpers ist auf die und über der Scheitellinie 80 des untersten in Fig. 10 unter 80-X dargestellten Grundkörpers ausgerichtet. Einer der Kondensatwannen 82 ist mit dem untersten Grundkörper, Grundkörper-X, an dessen Scheitellinie 80-X auf die gleiche Weise wie zuvor in Zusammenhang mit den Fig. 6 bis 8 beschrieben verbunden. Die Seitenplatten sind vergrößert, um die Entfernung zwischen den Grundkörpern zu überbrücken, und durch Schrauben mit jedem Grundkörper des Stapels verbunden. Zusätzlich werden die Verbindungsleitungen 100 und 102 sowie der durch das Verschachteln der Grundkörper entstehende feste Sitz dazu verwendet, das Ganze zusammenzuhalten.
Die Einlaß- und Auslaßrohre 50 und 52 können dem ersten Grundkörper, in Fig. 10 Grundkörper 1, oder je nach Wunsch jedem anderen Grundkörper zugeordnet sein.
Es ist auf einfache Weise ersichtlich, daß bei einem Ofen mit nach oben gerichteter Strömung die durch die Baueinheit von Fig. 10 hindurchströmende Luft durch die Rohre und Rippen jedes Grundkörpers, Grundkörper 1 bis X, angefangen mit dem untersten Grundkörper, Grundkörper X, strömt. Bei einem Ofen mit nach unten gerichteter Strömung erfolgt die Strömung in entgegengesetzte Richtung.
Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung hergestellten Verdampfers oder Verdampfers/Kondensators mit mehrfacher Rohrreihe, insbesondere einen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit dreifacher Rohrreihe. Die schlangenförmigen Rippen sind unter dem Bezugszeichen 34 dargestellt und sind erkennbar mit zusätzlichen Merkmalen, wie beispielsweise herkömmlichen Lüftungsschlitzen 110, dargestellt. Die abgeflachten Rohre sind erneut unter dem Bezugszeichen dargestellt und es ist erkennbar, daß die Rohre 20 benachbarter Grundkörper versetzt sind. Eine derartige Anordnung läßt sich dadurch erzielen, daß die Schlitze 14 (Fig. 1) in den Kopfstücken 10 und 12 geeignet angeordnet sind, wobei die eine Gruppe von Orten, wie Fig. 11 zu entnehmen, für Grundkörper 1 und Grundkörper X und die andere Gruppe für den Grundkörper 2 verwendet werden. In Abwandlung dazu können identische Grundkörper verwendet werden, die beim Verschachteln leicht gegeneinander versetzt sind, um so den gewünschten Versatz zu erreichen.
Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel sind die Rohre 20 benachbarter Grundkörper aufeinander ausgerichtet und eine derartige Anordnung ist in Fig. 12 dargestellt.
Aus dem zuvor Gesagten ist erkennbar, daß ein gemäß der Erfindung hergestellter Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit einem hohen Maß an Anpaßbarkeit herstellbar ist, was ein einfaches Anpassen an eine bestimmte Vorrichtung oder Einrichtung gestattet. Mehrfache Durchläufe lassen sich einfach durch Umlenkplatten erzielen, während Ausgestaltungen mit mehrfacher Rohrreihe leicht durch Verschachteln von mehreren Verdampfer- oder Verdampfer-/Kondensatorkonstruktionen mit einer einzelnen Reihe herstellbar sind.
Obwohl jedes Rohr zwei Verbindungsstellen, jeweils eine an dem dem benachbarten Kopfstück zugewandten Ende, aufweist, die in einigen Fällen potentielle Leckagestellen darstellen, ist die Zahl der Rohre gegenüber der in A-Rohrschlangenkonstruktionen mit ebenen Rippen und runden Rohren verwendeten Zahl von Rohren wesentlich verringert, wodurch die Leckagegefahr herabgesetzt ist. Bei einem gemäß der Erfindung hergestellten Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator ist die für eine typische Vorrichtung notwendige Menge an Kühlmittel im Bereich von zehn bis fünfzehn Prozent gegenüber einer equivalenten herkömmlichen Vorrichtung verringert. Die Verringerung der Kühlmittelmenge, insbesondere wenn das Kühlmittel ein CFK oder FCKW ist, ist in hohem Grade erwünscht, da dadurch die Leckagegefahr eines möglicherweise verschmutzenden oder auf andere Weise schädigenden Kühlmittels in die Umwelt verringert ist.
Die verhältnismäßig große Länge der Rohre 20 der beispielsweise in Fig. 5 dargestellten Struktur bietet im Gegensatz zu dem ähnlichen, beispielsweise in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauscher eher einen ausreichenden Widerstand gegen die Strömung des Kühlmittels, so daß die Schwierigkeiten bei der Verteilung des Kühlmittels in einem Verdampfer verringert sind. Und wenn die verschiedenen Fluidverbindungen allgemein, wie in Fig. 3 dargestellt, bezüglich der Umlenkplatten oder ähnlicher Dinge angeordnet sind, sind die Verteilungsprobleme verhältnismäßig unbedeutend.
In der Kühlbetriebsart kondensiert Wasserdampf oft auf den Rippen und Rohren und vergrößert dadurch den Widerstand für die Luftströmung. Im Aufwärmbetrieb findet keine derartige Kondensation statt. Folglich ist der luftseitige Druckabfall im Kühlbetrieb immer größer oder gleich dem luftseitigen Druckabfall im Aufwärmbetrieb. Die Differenz zwischen dem luftseitigen Druckabfall im Kühlbetrieb und Aufwärmbetrieb ist ein Maß für die Fähigkeit eines Verdampfers/Kondensators Kondensat abzuführen: Je kleiner die Differenz ist, um so besser ist die Entwässerung. Bei einem herkömmlichen Verdampfer/Kondensator mit ebenen Rippen und runden Rohren einer bestimmten Größe wurde der Luftdruckabfall im Aufwärmbetrieb zu 3,556 Millimeter (0,14 Inches) Wassersäule bestimmt, während im Kühlbetrieb der Luftdruckabfall über diesen 5,080 Millimeter (0,20 Inches) Wassersäule betrug. Bei einem gemäß der Erfindung hergestellten Verdampfer/Kondensator ähnlicher Leistung betrug der Luftdruckabfall im Aufwärmbetrieb 3,556 Millimeter (0,14 Inches) Wassersäule, wohingegen der Luftdruckabfall im Kühlbetrieb 3,810 Millimeter (0,15 Inches) Wassersäule betrug. Die kleinere Differenz des Luftdruckabfalls im Aufwärm- und Kühlbetrieb kennzeichnet zumindest die bessere Entwässerung des Kondensats beim Verdampfer/Kondensator der Erfindung gegenüber dem herkömmlichen Verdampfer/Kondensator mit ebenen Rippen und runden Rohren, was aus den zuvor genannten Gründen offensichtlich von Vorteil ist.
Ein gemäß der Erfindung hergestellter Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator wiegt nur halb so viel wie ein herkömmlicher Verdampfer mit ebenen Rippen und runden Rohren von gleicher Wärmeaustauschkapazität, wodurch ein Gewichtsvorteil entsteht, der während eines Installationsvorgangs ausgesprochen hilfreich ist.
Weiterhin entfallen viele der manuellen Arbeitsschritte, die zur Herstellung von Verdampfern mit ebenen Rippen und runden Rohren gehören, wodurch sich die Herstellung vereinfacht. Zusätzlich kann viel von dem zur Herstellung eines gemäß der Erfindung hergestellten Verdampfers oder Verdampfers/Kondensators verwendeten Werkzeugs vorteilhafterweise dazu verwendet werden, andere Wärmeaustauscher, wie beispielsweise die in Fig. 1 dargestellten, herzustellen, die als Kondensator oder als Ölkühler verwendbar sind. Auf diese Weise verringert sich der Kapitaleinsatz.
Schließlich ist der Wärmeaustauscher der Erfindung vor allem dazu in der Lage, zwei verschiedene Wärmeaustauschvorgänge mit hohem Wirkungsgrad auszuführen, nämlich Verdampfen und Kondensieren. Folglich ist dieser idealerweise für den Einbau in eine Wärmepumpvorrichtung geeignet, um deren Wirkungsgrad zu verbessern.

Claims

1. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator für Kühl- oder Wärmepumpvorrichtungen mit einem Wärmeaustauscher mit ersten und zweiten im Abstand angeordneten druckfesten Kopfstücken (10, 12), zwischen denen sich eine Vielzahl von länglichen Rohren (20) mit abgeflachtem Querschnitt im Abstand parallel zueinander erstrecken und mit diesen strömungstechnisch verbunden sind, und mit schlangenförmigen Rippen (34), die sich zwischen benachbarten Rohren erstrecken und mit diesen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfstücke eine Ebene bilden und daß die Rohre und Rippen zwischen den Kopfstücken zu einer U- oder V-förmigen Ausgestaltung gebogen sind, die eine sich im Abstand von dieser Ebene erstreckende Scheitellinie (80) bildet.

2. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator nach Anspruch 1, der ferner eine Kondensatwanne (82) umfaßt, die auf die Scheitellinie ausgerichtet ist und an dieser angebracht ist.

3. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator nach Anspruch 1, bei dem die Rohre aus stranggepreßtem Aluminium hergestellt sind und mehrere innere Stege (42) umfassen, die jedes Rohr in eine Vielzahl von Strömungsdurchführungen (40) von verhältnismäßig kleinem hydraulischen Durchmesser unterteilen.

4. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator nach Anspruch 31 bei dem der hydraulische Durchmesser 1,778 Millimeter oder weniger beträgt.

5. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator nach Anspruch 1, bei dem die Rohre breitseitige und schmalseitige Abmessungen aufweisen und bei dem die Scheitellinie durch Biegungen der Rohre gebildet ist, die durch über die breitseitigen Abmessungen angelegte Biegekräfte ausgeführt sind.

6. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator nach Anspruch 5, bei dem die Rohre und Rippen einen Grundkörper bilden und der ferner Seitenteile an entgegengesetzten Seiten des Grundkörpers umfaßt, die sich zwischen den Kopfstücken erstrecken, länglich ausgebildet sind und Schlitze aufweisen, die sich teilweise quer über die jeweiligen Seitenstücke in der Nähe der Scheitellinie erstrecken.

7. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator nach Anspruch 6, bei dem jedes der Seitenstücke entgegengesetzte Kanten aufweist und die Schlitze in beiden Kanten angeordnet sind, wobei die Schlitze in der einen Kante bezüglich den Schlitzen in der anderen Kante versetzt sind.

8. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator nach Anspruch 1, der ferner eine Umlenkplatte in wenigstens einem der Kopfstücke zwischen dessen Enden aufweist, um dadurch einen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit mehrfachem Durchlauf zu bilden.

9. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator nach Anspruch 8, bei dem eine einzelne Umlenkplatte in einem der Kopfstücke in etwa an dessen Mittelpunkt vorhanden ist, wodurch zwei Durchläufe von ungefährem gleichen Strömungsquerschnitt gebildet sind.

10. Wenigstens zwei der Verdampfer oder Verdampfer/Kondensatoren nach Anspruch 1 in einer verschachtelten Anordnung und aneinander befestigt, um einen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit mehrfacher Rohrreihe zu bilden.

11. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit mehrfacher Rohrreihe nach Anspruch 10, bei dem die Rohre benachbarter Reihen aufeinander ausgerichtet sind.

12. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit mehrfacher Rohrreihe nach Anspruch 10, bei dem die Rohre in benachbarten Reihen versetzt sind.

13. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit mehrfacher Rohrreihe nach Anspruch 10, der ferner eine an diesen angebrachte Wanne aufweist, wobei die Wanne sich unter der verschachtelten Anordnung befindet und sich nach oben zur Scheitellinie des untersten Verdampfers oder Verdampfers/Kondensators in der verschachtelten Anordnung öffnet.

14. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator nach Anspruch 1, bei dem die Kopfstücke im allgemeinen zylindrisch rohrförmig ausgebldete, parallel zueinander ausgerichtete Kopfstücke sind und bei dem ferner eines der Kopfstücke einen Einlaß und eines der Kopfstücke einen Auslaß aufweist;

mit länglichen Rohren, die breitseitige und schmalseitige Abmessungen aufweisen und deren breitseitige Abmessungen im Abstand angeordnet und einander zugewandt sind, wobei die Rohre stranggepreßte Werkstücke sind und über eine Vielzahl von sich über die schmalseitige Abmessung erstreckenden Stegen verfügen;

mit schlangenförmigen Rippen, die jedes Rohr flankieren, um den Raum zwischen benachbarten Rohren zu füllen und so einen Grundkörper zu bilden;

mit länglichen Seitenstücken, die sich zwischen den Kopfstücken erstrecken und die äußersten der schlangenförmigen Rippen umfassen und mit diesen verbunden sind, wobei die Seitenstücke über eine ziehharmonikaförmige Ausformung zwischen ihren Enden verfügen;

mit Seitenstücken, die zusammen mit den Rohren und den Rippen eine nicht ebene Ausgestaltung mit einem länglichen Scheitellinienort zwischen den Kopfstücken bilden;

mit einer Wanne, die mit einer Öffnung der Scheitellinie zugewandt ist und auf diese ausgerichtet ist;

mit Mitteln, um die Wanne an die Seitenstücke anzubringen, und mit einem Kondensatauslaß für diese Wanne.

15. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator nach Anspruch 14, bei dem die Rippen und Rohre aus Aluminium sind und bei dem zumindest ungefähr 20 Rippen pro Inch (25,4 Millimeter) vorhanden sind.

16. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator nach Anspruch 15, bei dem sich sowohl der Einlaß und der Auslaß an einem der Kopfstücke befindet und das eine Kopfstück eine zwischen seinen Enden angeordnete Umlenkplatte umfaßt, die zwei Durchläufe von gleichem Flußquerschnitt bildet, der eine zum anderen Kopfstück und der zweite von dem anderen Kopfstück.

17. Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator nach Anspruch 16, bei dem die ziehharmonikaförmige Ausformung durch Schlitze in den Seitenstücken gebildet ist.

18. Verfahren zur Herstellung eines Verdampfers oder Verdampfers/Kondensators, das als Verfahrensschritte aufweist:

a) Zusammenbau von parallelen abgeflachten Rohren mit im Abstand parallelen Kopfstücken und mit schlangenförmigen Rippen zwischen den Rohren;

b) Ausführen eines Verbindevorgangs an der sich aus Verfahrensschritt a) ergebenden Baueinheit, um die Kopfstücke, Rohre und Rippen zu einer einheitlichen Baueinheit zusammenzufügen; und

c) nachfolgendes Biegen der einheitlichen Baueinheit zwischen den Kopfstücken zu einer U- oder V- förmigen Ausgestaltung.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Rippen, Rohre und Kopfstücke aus Aluminium sind und der Verbindevorgang ein Hartlötvorgang ist.

20. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem Verfahrensschritt c) von einem Verfahrensschritt d) gefolgt ist, in dem eine Wanne an die einheitliche Baueinheit angebracht wird, so daß diese auf das untere Ende der U- oder V-förmigen Anordnung ausgerichtet ist und zu dieser hin offen ist.

21. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem Verfahrensschritt a) das Anbringen von Seitenstücken auf entgegengesetzten Seiten dieser Baueinheit umfaßt, die diese flankieren und sich zwischen den Kopfstücken erstrecken, wobei die Sei tenstücke mit einer ziehharmonikaförmigen Ausformung zwischen ihren Enden versehen sind.

22. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Verfahrensschritte a) , b) und c) wiederholt werden, um wenigstens zwei U- oder V-förmige Ausgestaltungen zu schaffen, und denen

d) ein Verschachteln der U- oder V-förmigen Ausgestaltung in einen Stapel folgt, um einen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit mehrfacher Reihe zu schaffen.

23. Verfahren nach Anspruch 22, das ferner den Verfahrensschritt e) aufweist, in dem eine Wanne an dem Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator unter die unterste U- oder V-förmige Ausgestaltung auf deren unteres Ende ausgerichtet und zur U- oder V-förmigen Ausgestaltung geöffnet angebracht wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem Verfahrensschritt d) das Aufeinanderausrichten der Rohre in benachbarten U- oder V-förmigen Ausgestaltungen umfaßt.

25. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem Verfahrensschritt d) das Versetzen der Rohre in benachbarten U- oder V-förmiger Ausgestaltungen umfaßt.

26. Verfahren nach Anspruch 18, das ferner einen Verfahrensschritt umfaßt, bei dem eine Umlenkplatte in einem der Kopfstücke zwischen dessen Enden ausgebildet wird, um dadurch einen Verdampfer oder Verdampfer/Kondensator mit mehrfachem Durchlauf zu schaffen.