DE69419197T2 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, der zur Benutzung in einer Klimaanlage für Fahrzeuge geeignet ist, und insbesondere auf einen verbesserten Wärmetauscher mit einem Paar von Tanken und einer Mehrzahl von dazwischen verbundenen Wärmeübertragungsrohren.
• Fig. 4 bis 6 zeigen einen herkömmlichen Wärmetauscher, der in einer Klimaanlage benutzt wird, zum Beispiel ein Verdampfer oder ein Kondensator. In Fig. 4 und 5 weist ein Wärmetauscher 102 einen oberen Tank 102 und einen unteren Tank 103 auf. Der obere Tank 102 weist eine obere Wand 102a und eine untere Wand 102b auf. Der untere Tank 103 weist eine obere Wand 103 und eine untere Wand 103b auf. Eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren 104 ist fluidmäßig zwischen der unteren Wand 102b des oberen Tankes 102 und der oberen Wand 103a des unteren Tankes 103 verbunden. Ein Einlaßrohr 105 und ein Auslaßrohr 106 sind mit dem oberen Tank 102 verbunden. Ein Wärmemedium, zum Beispiel ein Kühlmittel, das in das Einlaßrohr 105 eingeführt wird, fließt in den Wärmetauscher 101 von dem Einlaßrohr 105 zu dem Auslaßrohr 106, wie zum Beispiel in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn das Wärmemedium durch die Wärmeübertragungsrohre 104 fließt, wird ein Wärmetausch zwischen dem Wärmemedium und einem Luftstrom 107 ausgeführt, der durch die Wärmeübertragungsrohre 104 geht.
• Bei solch einem herkömmlichen Wärmetauscher können jedoch die Tankwände verformt werden, da jeder Tank 102, 103 aus einer dünnen und flachen Platte (zum Beispiel eine Aluminiumplatte oder eine Aluminiumlegierungsplatte) gebildet ist, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 4 bis 6 gezeigt ist, wenn der Druck in den Tanken einen bestimmten Pegel überschreitet. Die obere Wand 102a des oberen Tankes 102 und die untere Wand 103b des unteren Tankes 103 sind besonders anfällig gegen Verformung.
• Zum Angehen gegen dieses Problem sind zwei alternative Tankaufbauten vorgeschlagen worden. Der Erste verwendet relativ dickere Platten, während in dem Zweiten Unterteilungswände zum Verbinden der oberen und der unteren Wand benutzt werden. Der erstere Aufbau erhöht das Gewicht und die Kosten des Wärmetauschers. Der letztere Aufbau benötigt eine komplizierte Form zum Bilden eines Tankes und erhöht ebenfalls die Kosten des Wärmetauschers. Wenn weiter zu viele Unterteilungswände in dem Tank vorgesehen werden, trifft das Wärmemedium auf einen höheren Fluidwiderstand. Dieses verringert die Wirksamkeit des Wärmetauschers.
• Es würde wünschenswert sein, einen Wärmetauscher mit Tanken vorzusehen, der einen ausreichend hohen Grad des Innendruckwiderstandes ohne Benutzung eines dicken Plattenmaterials aufweist, und einen kompakten, leichten und wirksamen Wärmetauscher billig herzustellen.
• Die GB 194 734 A offenbart einen Wärmetauscher mit einem oberen Tank, einem unteren Tank in einem Abstand von dem oberen Tank; einer Mehrzahl von parallelen Wärmeübertragungsrohren, die fluidmäßig den oberen und den unteren Tank verbinden; einem Mittel zum Verstärken von mindestens einem des oberen und des unteren Tankes durch Verbinden einer oberen Wand und einer unteren Wand davon; und einem mit jedem der Verstärkungsmittel verknüpften Verbindungspfade, wobei die Verbindungspfade eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren der Wärmeübertragungsrohre und dem Inneren des/der Tank(s) vorsehen; worin das Verstärkungsmittel einen Spitzenabschnitt eines jeden der Wärmeübertragungsrohre aufweist, der Spitzenabschnitt sich in das Innere des Tankes durch eine der oberen und der unteren Wand erstreckt und mit der Wand gegenüber der Wand verbunden ist, durch die sich der Spitzenabschnitt erstreckt; und wobei die Verbindungspfade Öffnungen in Abschnitten der Wärmeübertragungsrohre auf weisen, die in dem Inneren des/der Tanke(s) positioniert sind, und gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein solcher Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, daß ein gestufter Abschnitt auf jedem der Wärmeübertragungsrohre gebildet ist, wobei der gestufte Abschnitt anstoßend an eine äußere Oberfläche der Wand angreift, durch die sich der Spitzenabschnitt erstreckt.
• Bei dem neuen Wärmetauscher vergrößert das Verstärkungsmittel den inneren Widerstand der Tankwände gegen Verformung aufgrund des Druckes des Arbeitsfluids. Das Verstärkungsmittel vergrößert die Festigkeit der Tankwände ohne Vergrößern ihrer Dicke und Erhöhen des Abstandes der Anordnung der Wärmeübertragungsrohre. Die mit dem Verstärkungsmittel verknüpften Verbindungspfade halten einen wirksamen Fluß des Wärmemediums zu dem Tank, von dem Tank und in dem Tank aufrecht. Als Resultat kann ein kompakter, leichter und fester Wärmetauscher mit hoher Effektivität billig hergestellt werden.
• In den begleitenden Zeichnungen:
• Fig. 1 ist eine bildartige perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
• Fig. 2 ist eine teilweise vertikale Schnittansicht eines Wärmetauschers gemäß Fig. 1.
• Fig. 3 ist eine teilweise vertikale Schnittansicht des in Fig. 2 gezeigten Wärmetauschers, die ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für den Wärmetauscher zeigt.
• Fig. 4 ist ein Aufriß eines herkömmlichen Wärmetauschers.
• Fig. 5 ist eine Seitenansicht des in Fig. 4 gezeigten Wärmetauschers.
• Fig. 6 ist eine vergrößerte teilweise vertikale Schnittansicht des in Fig. 4 gezeigten Wärmetauschers und
• Fig. 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Wärmetauschers, die ein Beispiel eines Wärmemediumflusses zeigt.
• Es wird Bezug genommen auf Fig. 1, ein Wärmetauscher 1 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen. Der Wärmetauscher 1 weist einen oberen Tank 2 und einen unteren Tank 3 auf. Das Innere des oberen Tankes 2 ist in zwei Kammern 4a und 4b durch eine Trennwand 5 unterteilt. Ein Einlaßrohr 6 und ein Auslaßrohr 7 sind mit dem oberen Tank 2 verbunden. Eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren 8 (zum Beispiel Kühlmittelrohre) ist fluidmäßig zwischen den Tanken 2 und 3 verbunden. Die Wärmeübertragungsrohre 8 sind in der Längs- und Querrichtung des Wärmetauschers 1 angeordnet. Jedes Rohr 8 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Der obere und der untere Tank 2 und 3 und die Wärmeübertragungsrohre 8 sind bevorzugt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt.
• Es wird Bezug genommen auf Fig. 2, der obere Tank 2 weist eine obere Wand 2a und untere Wand 2b auf. Der untere Tank 3 weist eine obere Wand 3a und eine untere Wand 3b auf. Wärmeübertragungsrohre 17 (entsprechend den Rohren 8 in Fig. 1) erstrecken sich durch Löcher, die in der unteren Wand 2b des oberen Tankes 2 definiert sind, und Löcher, die in der oberen Wand 3a des unteren Tankes 3 definiert sind, in das Innere des oberen und des unteren Tankes 2 und 3. Die Spitzen 17b eines jeden Wärmeübertragungsrohres 17 sind in Kontakt mit der inneren Oberfläche der oberen Wand 2a des oberen Tankes 2 bzw. der inneren Oberfläche der unteren Wand 3b des unteren Tankes 3 gebracht. Die Spitzen 17b sind bevorzugt mit den Wänden 2a und 3b durch Löten verbunden. Der Umfang eines jeden Wärmeübertragungsrohres 17 ist bevorzugt an den inneren Kanten der Löcher durch Löten befestigt.
• Öffnungen 18 sind in jedem Wärmeübertragungsrohr 17 anstelle innerhalb des inneren des oberen und des unteren Tankes 2 und 3 gebildet. Obwohl die Öffnungen 18 als nahe der oberen Wand 2a oder der unteren Wand 3b gebildet gezeigt sind, können sie überall entlang der Abschnitte der Rohre 17 gebildet sein, die in den Tanken 2, 3 vorgesehen sind. Die Öffnungen 18 sind bevorzugt als U-förmige Schlitze in jedem Endabschnitt 17b gebil det. Jede Öffnung 18 erlaubt es, daß das Innere eines jeden Wärmeübertragungsrohres 17 mit dem Inneren des oberen Tankes 2 oder des unteren Tankes 3 in Verbindung steht.
• Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein gestufter Abschnitt 16 auf jedem Wärmeübertragungsrohr 17 an jedem Endabschnitt 17b davon gebildet. Der gestufte Abschnitt 16 stößt gegen die äußere Oberfläche der unteren Wand 2b des oberen Tankes 2 oder der oberen Wand 3a des unteren Tankes 3.
• Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann ein geschmolzenes Lötmaterial 19 auf dem gestuften Abschnitt 16 gesammelt werden, wenn es eine Abmessungsungenauigkeit in der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 17 gibt, so daß das Wärmeübertragungsrohr 17 sicher gelötet werden kann.
• Der oben beschriebene Aufbau zum Verstärken der Tanke 2 und 3 kann erzielt werden, ohne daß der Abstand der Anordnung der Wärmeübertragungsrohre 8, 17 geändert wird. Weiterhin ist ein wirksamer Fluß des Arbeitsfluid von dem Inneren des oberen Tankes 2 oder dem unteren Tank 3 durch jeden Verbindungsweg 18 sichergestellt. Folglich wird ein wirksamer, dauerhafter und billiger Wärmetauscher erhalten.
• Obwohl die Verstärkung und der Verbindungsaufbau in beiden Tanken 2 und 3 bei der bevorzugten Ausführungsform gebildet sind, kann der Aufbau alternativ nur auf einen des oberen und des unteren Tankes 2 und 3 angewendet werden.

Claims (3)

1. Wärmetauscher mit

einem oberen Tank (2), einem unteren Tank (3) in einem Abstand von dem oberen Tank;

einer Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren (8, 17), die fluidmäßig den oberen und den unteren Tank verbinden;

einem Mittel (17b) zum Verstärken von mindestens einem des oberen und des unteren Tankes durch Verbinden einer oberen Wand und einer unteren Wand (2a, 2b oder 3a, 3b) davon; und

einem Verbindungspfad (18), der mit jedem der Verstärkungsmittel verknüpft ist, wobei die Verbindungspfade eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren der Wärmeübertragungsrohre und dem Inneren des/der Tanke(s) vorsieht;

worin das Verstärkungsmittel einen Spitzenabschnitt (17b) eines jeden Übertragungsrohres (17) aufweist, wobei sich der Spitzenabschnitt durch eine der oberen und unteren Wand (2b, 3a) in das Innere des Tankes erstreckt und mit der Wand (2a, 3b) verbunden ist, die der Wand gegenüberliegt, durch die sich der Spitzenabschnitt erstreckt;

und wobei die Verbindungspfade Öffnungen (18) in Abschnitten der Wärmeübertragungsrohre aufweisen, die in dem Inneren des/der Tanke(s) positioniert sind;

dadurch gekennzeichnet,

daß ein gestufter Abschnitt (16) auf jedem der Wärmeübertragungsrohre (17) gebildet ist, wobei der gestufte Abschnitt anstoßend an eine äußere Oberfläche der Wand (12b, 3a) angreift, durch die sich der Spitzenabschnitt erstreckt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung (18) an einer Position nahe der gegenüberliegenden Wand (2a, 3b) gebildet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem jedes der Wärmeübertragungsrohre (17) an der oberen und der unteren Wand des mindestens einen des oberen und des unteren Tankes (2, 3) gelötet ist.