-
Die
Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
-
Wärmetauscher,
wie sie insbesondere bei Kraftfahrzeug-Klimaanlagen verwendet werden
und die der Wärmeübertragung
von einem Kühl-
oder Kältemittel
an die den Wärmetauscher
durchströmende
Luft dienen, weisen in der Regel einen oder zwei Sammler, dazwischen
angeordnete Flachrohrreihen und zwischen den Flachrohrreihen angeordnete
Wellrippen auf, wobei die Flachrohre in Verbindung mit den Wellrippen
den Wärmeübergangsbereich
bilden. Um eine große
Wärmeübertragungsfläche in den
Flachrohren auszubilden, jedoch auch um die Stabilität der Flachrohre
zu erhöhen,
ist die Verwendung von Stegen bekannt, welche den Strömungsquerschnitt
durch die Flachrohre in eine Mehrzahl einzelner Strömungskanäle unterteilt.
Ferner ist, um den Wärmeübergang
des Kühl-
oder Kältemittels, das
durch den Wärmetauscher
strömt,
zu verbessern, zur Erhöhung
der Turbulenz in den Flachrohren bekannt, Turbulenzeinlagen vorzusehen.
Ebenfalls ist das Vorsehen von beispielsweise auf ebene Flächen von
Flachrohren aufgelöteten
Rippen bekannt.
-
Derartige
Maßnahmen
zur Verbesserung des Wärmeübergangs
lassen jedoch noch Wünsche offen.
-
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Wärmetauscher
zur Verfügung
zu stellen.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Wärmetauscher
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Erfindungsgemäß ist ein
Wärmetauscher
mit einer Mehrzahl von Flachrohren und zwischen den Flachrohren
angeordneten Blechen vorgesehen, wobei mindestens eines der Flachrohre
mit einer Einprägung
in Form einer Rille vorgesehen ist und mindestens ein Blech mit
einem Bereich in einer der Rillen eines Flachrohres angeordnet ist.
Dadurch, dass die Bleche mit mindestens einem Bereich in Rillen, also
vergrößert ausgebildeten
Oberflächenbereichen,
der Flachrohre angeordnet sind, wird die Wärmeübertragungsfläche vergrößert und
dadurch die Leistung des Wärmetauschers
verbessert. Zudem wird die Kontaktfläche, die für das Verlöten der Teile relevant ist,
vergrößert, so
dass eine bessere Verlötung
gewährleistet
werden kann.
-
Das
Blech, insbesondere bevorzugt in Form einer Wellrippe, ist vorzugsweise
zumindest im Bereich der Rille mit dem entsprechenden Flachrohr verlötet. Das
Lot dient sowohl der Fixierung der Teile aneinander als auch der
Vergrößerung des
Wärmeübergangsbereichs,
so dass – verglichen
mit einer kleinflächigen
Verlötung
der schmalen Endseite eines Blechs oder einer Wellrippe mit einer
ebenen Fläche
eines Flachrohres – ein
deutlich besserer Wärmeübergang
möglich
ist.
-
Die
Rille ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Innenfläche des
entsprechenden Flachrohres im Bereich der Rille an der gegenüberliegenden Innenfläche des
Flachrohres anliegt. Insbesondere bevorzugt sind zumindest zwei
Rillen an einander gegenüberliegend
angeordneten Seiten des Flachrohres derart ausgebildet sind, dass
sich die Innenflächen
des Flachrohres im Bereich der Rillen kontaktieren. Im Bereich der
Kontaktflächen
sind die Innenflächen
des Flachrohres vorzugsweise miteinander verlötet.
-
Vorzugsweise
ist zumindest das Flachrohr, das mit mindestens einer Rille versehen
ist, aus zwei oder mehr Teilen zusammengesetzt, die miteinander druckfest
verbunden, insbesondere verlötet
oder verschweißt,
sind. Derartige Flachrohre sind einfach mittels Umformens aus Blechstreifen
herstellbar, wobei das Einbringen der Rillen vor oder auch nach
dem Zusammenbiegen der Enden, um ein Rohr zu bilden, erfolgen kann.
Das Flachrohr kann auch aus mehreren Blechstreifen zusammengesetzt
sein. Der Stoß kann
vorzugsweise an den Schmalseiten oder aber im mittleren Bereich
vorgesehen sein.
-
Bei
den zwischen den Flachrohren angeordneten Blechen handelt es sich
vorzugsweise zumindest teilweise um Wellrippen. Diese Wellrippen
sind bevorzugt zick-zack-förmig
gebogen und im Bereich zwischen den seitlichen Enden, welche in
Kontakt mit den Rillen der Flachrohre sind, wellenförmig gebogen,
wobei die Wellen sich vorzugsweise quer zur Längsrichtung der Flachrohre
und zur Luftströmungsrichtung
durch den Wärmetauscher
erstrecken.
-
Besonders
bevorzugt weist mindestens eines der Bleche mindestens einen Schlitz
auf, mit welchem es auf mindestens eines der Flachrohre im Bereich
dessen Rille, insbesondere im Bereich zweier einander gegenüberliegend
angeordneter Rillen, geschoben ist. Dabei ist vorzugsweise eine
Mehrzahl von Blechen mit Schlitzen vorgesehen, die parallel zueinander
angeordnet sind.
-
Die
Rille ist vorzugsweise senkrecht verlaufend zur Längserstreckung
des entsprechenden Flachrohres, also in Tiefenrichtung des Wärmetauschers
verlaufend, ausgebildet. Sind mehrere Flachrohre angeordnet, oder
weist ein Flachrohr mehrere Kanäle
auf, die durch Verjüngungen
unterteilt sind, so fluchten die Rillen der einzelnen Flachrohre
bzw. Flachrohrbereiche vorzugsweise miteinander in Tiefenrichtung
des Wärmetauschers,
so dass ein einfaches Einschieben der Bleche, insbesondere der Wellrippen
in Tiefenrichtung möglich
ist. Hierfür
sind die Rillen vorzugsweise derart ausgebildet, dass über die
Rillen über
die gesamte Tiefe des Wärmetauschers
durchgehend ausgebildet sind. Es sind jedoch auch Rillen möglich, die
(deutlich) kürzer
als die Tiefe der Flachrohre ausgebildet sind, so dass ein Einschieben
der Wellrippen nur unter elastischer Verformung möglich ist.
Natürlich
müssen
die Wellrippen oder Bleche nicht notwendigerweise in Tiefenrichtung
eingeschoben werden, sondern sie können auch von der Seite her
im Rahmen der Montage der Flachrohre eingebaut werden. Die senkrecht
zur Längserstreckung
verlaufenden Rillen sorgen für eine
relativ gleichmäßige Verwirbelung
des Kühl- oder
Kältemittels,
das durch die Flachrohre strömt, und
unterstützen
dadurch eine gute Leistung des Wärmetauschers.
-
Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht eines Flachrohres mit Rillen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
-
2 das
Flachrohr von 1 mit hieran angebrachter Wellrippe,
-
3 eine
perspektivische Ansicht eines Flachrohres mit Rillen gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel,
-
4 eine
perspektivische Ansicht eines Flachrohres mit Rillen gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel,
-
5 eine
perspektivische Ansicht eines Flachrohres mit Rillen gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
mit hieran angebrachten Blechen, und
-
6 eine
perspektivische Ansicht eines Flachrohres mit Rillen gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
mit hieran angebrachten Blechen.
-
Ein
Wärmetauscher,
von dem in der Zeichnung nur ein kleiner Bereich des Wärmeübergangsbereichs
dargestellt ist, wird vorliegend durch zwei Sammler, einer Mehrzahl
zwischen den Sammlern verlaufend angeordneten Flachrohren 1 und
zwischen den Flachrohren 1 verlaufend angeordneten Wellrippen 2 gebildet.
Die einzelnen Teile des Wärmetauschers
sind fest miteinander verlötet.
-
Die
Wellrippen 2 bestehen aus zick-zack-förmig gebogenen Blechen 3,
die im Bereich der Biegungen 4 in Kontakt mit den Flachrohren 1 sind,
d.h. die Biegungen 4 bilden einen Kontaktbereich mit den Flachrohren 1,
wobei die Biegungen auf einer Seite ein erstes Flachrohr 1 und
die Biegungen auf der anderen Seite ein zweites Flachrohr kontaktieren.
Diese Bleche 3 sind in ihren im Wesentlichen eben ausgebildeten
Bereichen, also zwischen den Biegungen 4, vorliegend wellenförmig gebogen
(siehe 2), wobei sich die Wellen 5 senkrecht
zu den Biegungen 4 erstrecken.
-
Die
Flachrohre 1 sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
aus Blechen hergestellte Flachrohre. Für die Herstellung eines derartigen
Flachrohres 1 wird ein Blech derart gebogen, dass zwei
im Wesentlichen gleich große
kältemittelführende Kanäle 6 gebildet
sind, die durch einen sich in Längsrichtung
des Flachrohres 1 verlaufenden Kontaktbereich 7,
in dem die Innenflächen
des Blechs miteinander verlötet
sind, getrennt sind. Ferner sind, senkrecht zum Kontaktbereich 7 verlaufend
und vom Kontaktbereich unterbrochen eine Mehrzahl von Rillen 8 vorgesehen,
die dem Abstand der Biegungen 4 der Wellrippe 2 entsprechend
beabstandet voneinander angeordnet sind.
-
Die
Herstellung der Rillen 8 erfolgt vorliegend nach der Herstellung
der Flachrohre 1, indem ein Prägewerkzeug, bspw. Rollen, mit
konstanter Höhe
quer über
die Flachrohr 1 geführt
wird. Auf diese Weise wird im Wesentlichen die gesamte Tiefe der Flachrohre 1 geprägt.
-
Die
Rillen 8 erhöhen
die Kontaktfläche
zwischen den Flachrohren 1 und den Wellrippen 2,
so dass eine sichere Verbindung von Flachrohren und Wellrippen einfach
herstellbar ist. Ferner wird durch die vergrößerte Kontaktfläche zwischen
Flachrohren und Wellrippen der Wärmeübergang
verbessert und dadurch die Leistung des Wärmetauschers erhöht.
-
Gemäß einer
alternativen Ausführungsform können auch
stranggepresste und anschließend
geprägte
Flachrohre verwendet werden, wobei zwei derselben derart nebeneinander
angeordnet sind, dass die Rillen miteinander fluchten, so dass die Wellrippen
im Rahmen der Montage einfach von der Seite eingeschoben werden
können
und zusätzlich die
Flachrohre relativ zueinander positionieren und halten.
-
Die
Wellrippen können
auch gefaltet werden, so dass in den Rillen der Falz angeordnet
ist. Alternativ können
auch zwei Bleche in den Rillen auf Stoß angeordnet sein und im Rahmen
des Verlötens
miteinander und mit den Flachrohren verbunden werden.
-
Gemäß dem in 3 dargestellten,
zweiten Ausführungsbeispiel
unterscheiden sich die Flachrohre 1 des Wärmetauschers
lediglich dadurch, dass die Prägung
der Rillen 8 nur über
einen Teil der Tiefe vorgesehen ist. Auch in diesem Fall sind die
Rillen 8 senkrecht zu der Längsrichtung der Flachrohre 1 angeordnet.
Ferner beginnen und enden die Rillen 8 in einer Höhe. Die
Biegungen der Wellrippen sind entsprechend ausgebildet, so dass
dieselben in die Rillen 8 ragen und ein gutes und sicheres
Verlöten
der Flachrohre mit den Wellrippen sicherstellen.
-
Gemäß einer
Variante des zweiten Ausführungsbeispiels
sind die einzelnen Rillen versetzt zueinander angeordnet, d.h. sie
beginnen und enden in unterschiedlichen Höhen. Die Wellrippen sind entsprechend
ausgebildet, wobei sie mit den Bereichen der Biegungen in die Rillen
ragen und so eine gute und sichere Verlötung mit den Flachrohren sicherstellen.
In den Bereichen seitlich der Rillen sind die Wellrippen derart
ausgebildet, dass sie die Anlage im Bereich der Biegungen nicht
behindern, d.h. es können
Bereiche der Biegungen der Wellrippen beispielsweise abgeschnitten
oder nach innen gebogen sein.
-
4 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel eines
Flachrohres 1 mit Rillen 8, wobei die Flachrohre 1 jeweils
durch zwei zusammengesetzte Bleche gebildet sind, welche vorliegend
mit dem ersten Ausführungsbeispiel
entsprechenden Rillen 8 versehen sind. Die Bleche sind
im Bereich der längsseitigen Enden
flächig
miteinander verlötet.
In diesem Bereich können
die Bleche gemäß einer
Variante auch umgeformt sein, um die Druckfestigkeit der Flachrohre
zu erhöhen.
Die Wellrippe kann entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet
sein und zwischen zwei benachbarte Flachrohre 1 eingeschoben sein.
-
Gemäß dem vierten,
in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die wärmeübertragende Fläche durch
ebene Bleche 3 vergrößert, die
im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht wellenförmig umgeformt
sind. Die Flachrohre 1 sind entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
mit Rillen 8 ausgebildet. Hierbei ist vorliegend in jede
Rille 8 der Flachrohre 1 ein Blech 3 eingeschoben,
welches senkrecht zur Längsrichtung der
Flachrohre 1 angeordnet ist, so dass eine Vielzahl von
Blechen 3 vorgesehen ist, wobei vorliegend jeweils Bleche 3 auf
beiden Seiten der Flachrohre 1 miteinander fluchtend angeordnet
sind.
-
Alternativ
zur Anordnung der Bleche in einer durchgehenden Höhe, d.h.
beidseitig der Flachrohre jeweils fluchtend miteinander, ist jedoch
auch eine versetzte Anordnung der Bleche möglich, wobei die Rillen in
den Flachrohren auf einander gegenüberliegenden Seiten bevorzugt
auf Lücke
angeordnet sind.
-
Gemäß dem fünften, in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind mehrere Bleche 3 vorgesehen, welche von einer Seite
her Schlitze 9 aufweisen, die in ihrer Breite und Tiefe
den Abmessungen der Flachrohre 1 im Bereich der Rillen 8 entsprechen.
Die Flachrohre 1 samt Rillen 8 entsprechen wiederum denen
des ersten Ausführungsbeispiels,
so dass hierauf nicht näher
eingegangen wird. In Folge der geschlitzten Ausführungsform der Bleche 3 sind
dieselben durchgehend in einer Höhe
auf jeweils beiden Seiten der Flachrohre angeordnet.
-
An
Stelle von ebenen Blechen können – sowohl
im Falle einer Vielzahl einzelner Bleche als auch im Falle geschlitzt
ausgebildeter Bleche – auch
in Bezug auf eine vergrößerte Oberfläche umgeformte Bleche
verwendet werden.
-
Die
Bleche sind bevorzugt im Bereich der Rillen, d.h. in der Nähe der flachrohrseitigen
Enden bzw. Schlitze, im Wesentlichen eben ausgebildet, jedoch können die
Randbereiche auch gebogen und/oder an ihren Schmalseiten abgerundet
oder angefast sein, um beispielsweise eine vergrößerte Anlagefläche an die
Rillen der Flachrohre zu bilden und dadurch die Wärmeübergangsfläche zwischen
Flachrohren und Blechen zu optimieren und so zusätzlich eine sehr gute Lötverbindung
sicherzustellen.