[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Flachrohrverdampfer, insbesondere aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung, für Kraftfahrzeugklimaanlagen mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs. Ein derartiger Flachrohrverdampfer ist beispielsweise
aus der EP 0 709 640 A2 bekannt. Diese Vorveröffentlichung betrifft einen Flachrohrverdampfer
in Plattenbauweise. Es sind auch vergleichbare Flachrohrverdampfer mit einzeln gefertigten
Flachrohren bekannt, wobei diese ihrerseits aus zusammengefalteten Blechen gemäß der
Bauweise der DE 197 28 247 A1 oder integral gemäß der US 4 350 025 A gefertigt sein
können. Die Erfindung schließt alle diese Bauweisen ein.
[0002] Bei dem Betrieb eines Flachrohrverdampfers für Kraftfahrzeugklimaanlagen ist es ein
allgemeines Bestreben, ein Hindurchblasen von Kondenswasser oder sonstiger Feuchtigkeit
unter der Anströmung des äußeren Wärmetauschfluids, im allgemeinen Luft, in weiter
hinten liegende Bereiche der Kraftfahrzeugklimaanlage zu verhindern, wo das Auftreten
oder gar die Ansammlung von Feuchtigkeit störend bis schädlich sein kann.
[0003] Bei einem bekannten mehrflutigen Flachrohrverdampfer, bei dem den einzelnen Fluten
gesondert gefertigte Flachrohre zugeordnet sind, verbleiben zwischen diesen gesondert
gefertigten Flachrohren vertikale Spalte, die im Bedarfsfall als vertikale Ableitungskanäle
für anfallende Feuchtigkeit mit genutzt werden können. Derart abgeleitetes Wasser
kann im Bedarfsfall durch eine Auffangschale aufgefangen und abgeführt werden (EP-0
709 643 A2). Entsprechende Probleme bestehen konstruktionsbedingt auch bei dem in
Plattenbauweise gefertigten Flachrohrverdampfer der EP 0 709 640 A2.
[0004] Probleme der Wasserabführung bestehen auch dann, wenn das Flachrohr ungeteilt vorgesehen
ist. Eine derartige ungeteilte Verwendung von Flachrohren bietet jedoch einen geringeren
Herstellungsaufwand als der Zusammenbau gesondert gefertigter Flachrohre. Der Flachrohrverdampfer
nach der US-4 350 025 A stellt schon speziell bei Verwendung nur einteiliger Flachrohranordnungen
eine Abführung von Feuchtigkeit sicher, die innerhalb der Verrippung durch die Zickzacklamellen
anfallen kann. Es zeigt nämlich die Erfahrung, daß auftretende Feuchtigkeit wie insbesondere
Kondenswasser von dem äußeren Wärmetauschmedium in der Verrippung durch die Zickzacklamelle
zunächst mitgenommen wird und sich erst am Ende des Durchströmungsweges durch die
Verrippung ansammelt. Bei dem Flachrohrverdampfer nach der US-4 350 025 A ist daher
im Anschluß an den in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids hinten liegenden
Endbereich der Zickzacklamellen an den Flachrohren jeweils eine von oben nach unten
durchlaufende Wasserablaufrinne an einem mit dem Flachrohr integral gefertigten Ansatzstück
an der schmalen Stirnseite des Flachrohres gefertigt, das von einem T-Profil gebildet
ist, dessen Mittelsteg mit der schmalen Stirnseite des Flachrohres verbunden ist und
das in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids über die Zickzacklamellen übersteht.
[0005] Bei diesem bekannten Flachrohrverdampfer vergrößern die T-förmigen Ansätze an die
in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids hinten liegenden Endbereiche der
Flachrohre den Materialaufwand und die Bautiefe des Flachrohrverdampfers und erfordern
eine aufwendige Herstellungstechnologie. Darüber hinaus können die aus den Zickzacklamellen
frei herausragenden Ansätze keine solche Feuchtigkeit aufnehmen und ableiten, die
tropfenartig innerhalb des Bereichs der Zickzacklamellen hängen bleibt und somit nicht
von dem äußeren Wärmetauschfluid zu den in dessen Strömungsrichtung hinter den Zickzacklamellen
angeordneten Wasserablaufrinnen gelangen kann.
[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wirksame Wasserableitfunktion
aus den Zickzacklamellen mit einfacher Herstellungstechnologie ohne Zusatzaufwand
an Material und Bautiefe erreichen zu können. Im Sinne der wirksamen Wasserableitfunktion
soll dabei insbesondere ein weitgehend rückstandsfreier Ablauf von Kondenswasser erreicht
werden und einem Mitreißen von Freuchtigkeit in Strömungsrichtung mittels anströmenden
äußeren Wärmetauschfluids entgegengewirkt werden.
[0007] Diese Aufgabe wird bei einem Flachrohrverdampfer nach dem Anspruch gelöst.
[0008] In Einklang mit Merkmalen der gattungsgemäßen EP-0 709 640 A2 kann man zunächst zum
Beispiel die jeweils erforderliche Ablaufrinne ohne herstellungsmäßigen, materialmäßigen
und baulichen Zusatzaufwand beim Ablängen der Flachrohre von einem Coil durch Eindrücken
mit ausformen. Man kann dabei auch bedarfsweise mehrere Ablaufrinnen durch Eindellungen
versehen und so anfallendes Kondenswasser noch im Erstreckungsbereich der Zickzacklamellen,
im Falle eines frühzeitigen Anfallens von Kondenswasser im Paket der Zickzacklamellen
sogar schon nach einer gegebenenfalls relativ geringen Teilstrecke der Durchströmung,
auffangen und praktisch im statu nascendi ableiten.
[0009] Wenn dann die Verrippung mittels der Zickzacklamellen relativ eng aneinander angrenzende
Schenkel aufweist, hat es sich gezeigt, daß zum einen die Formgebung bei der Herstellung
des Flachrohrverdampfers noch relativ einfach ist und zum anderen der relativ enge
Abstand zwischen den Schenkeln der Zickzacklamelle in Nachbarschaft der Wasserablaufrinne
dazu führt, daß sich Feuchtigkeit selbsttätig an dieser Engstelle ansammelt, allmählich
zu einer größeren Ansammlung anwächst und dann schließlich bei Anwachsen bis in die
Kondenswasserablaufrinne in diese wieder weitgehend rückstandsfrei ablaufen kann.
Dies wirkt weiterhin einem Mitreißen von Feuchtigkeit in Strömungsrichtung mittels
des anströmenden äußeren Wärmetauschfluids entgegen.
[0010] Für die Funktion der Erfindung ist also erforderlich, daß die Ablaufrinnen im Bereich
der Lamellen vorgesehen sind, wo das Kondenswasser anfällt. Solche Ablaufrinnen sind
jedoch an den Anschlußenden der Flachrohre, wo eine Verlötung beispielsweise mit einem
Rohrboden erfolgt, störend. Die Erfindung geht daher im Einklang mit Merkmalen der
gattungsgemäßen EP-0 709 640 A2 auch davon aus, von der Eindellung, welche die Wasserablaufrinne
bilden kann, in einem solchen Verlötungsbereich abzusehen. Zu diesem Zweck mußte nach
der US-A-4 350 025 der dortige T-Profilsteg extra abgelängt werden, was eine komplizierte
Nachbearbeitung zum Beispiel durch Heraussägen oder Abfräsen erfordert. Die gleiche
Wirkung kann man problemlos dadurch erreichen, daß man von vornherein die Eindellung
in den Endbereichen der Flachrohre bei deren Ablängen vom Coil nicht mit ausbildet.
[0011] Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Flachrohrverdampfers, bei dem die Längserstreckung
der Flachrohre 2 vertikal ist;
Fig. 2 einen Querschnitt in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids durch
einen Ausschnitt der Blockanordnung von Flachrohren und Zickzacklamellen mit Detaildarstellung
am in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids hinteren Ende der Darstellung
von Fig. 2; sowie
Fig. 3 in vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf eine zwischen zwei benachbarten
Flachrohren eingeschachtelte Zickzacklamelle mit Blickrichtung in Strömungsrichtung
des äußeren Wärmetauschfluids.
[0012] Der in Fig. 1 dargestellte Flachrohrwärmetauscher ist zweiflutig ausgebildet und
als Verdampfer eines Kältemittelkreislaufs gestaltet.
[0013] Das schließt nicht aus, die dargestellten Merkmale sinngemäß auch auf Flachrohrwärmetauscher
mit einer abweichenden Anzahl von Fluten zu übertragen.
[0014] Der Flachrohrverdampfer hat folgenden allgemeinen Aufbau:
[0015] Eine größere Anzahl von typischerweise zwanzig bis dreißig Flachrohren 2, die sich
vertikal erstrecken, wird mit konstanten gegenseitigen Abständen und miteinander fluchtenden
Stirnseiten 4 angeordnet. Zwischen den Flachseiten 6 der Flachrohre wird jeweils eine
Zickzacklamelle 8 sandwichartig eingeschachtelt. Ebenso wird je eine Zickzacklamelle
8 auch noch an den beiden Außenflächen 4 der außenliegenden Flachrohre angeordnet.
Jedes Flachrohr weist innere Versteifungsstege 10 auf, die im Flachrohr als durchgehende
Kanäle wirkende Kammern 12 abteilen. Je nach Bautiefe ist eine Anzahl der Kammern
12 von zehn bis dreißig typisch.
[0016] Die angegebenen typischen Bereiche der Anzahl der Flachrohre 2 und deren Kammern
12 sind dabei nur vorzugsweise und nicht beschränkend gedacht.
[0017] In einer Kraftfahrzeugklimaanlage wird im fertigen Zustand die Blockanordnung aus
den Flachrohren 2 sowie den Zickzacklamellen 8 durch Außenluft in Richtung des in
Fig. 1 und Fig. 3 ersichtlichen Pfeiles 9 in Bautiefenrichtung als äußeres Wärmetauschmedium
durchströmt.
[0018] Als inneres Wärmetauschmedium dient bei dem Verdampfer ein Kältemittel wie insbesondere
Fluorkohlenwasserstoff, der in den Wärmetauscher über eine Zuleitung 14 eintritt und
über eine Ausgangsleitung 16 aus dem Wärmetauscher wieder austritt. Die Zuleitung
kommt im Kältemittelkreislauf von dessen Verflüssiger. Die Ausgangsleitung 16 führt
zum Verdichter des Kältemittelkreislaufs.
[0019] Von der Zuleitung 14 her erfolgt eine eingangsseitige Verteilung des Kältemittels
auf die einzelnen Flachrohre durch einen sogenannten Verteiler. Ausgangsseitig wird
das Kältemittel gesammelt der Ausgangsleitung 16 zugeführt. Wenn man auch die Verteilung
und die Sammlung gesonderten Kästen zuweisen kann, sind beide Funktionen in einem
gemeinsamen Sammler 18 vereint.
[0020] Dieser Sammler 18 ist dann an einer Stirnseite 4 der Flachrohre 2 angeordnet, während
an der anderen Stirnseite 4 der Flachrohre 2 lediglich jeweils zwischen den Fluten
eine Strömungsumkehr erfolgt, hier gemäß Fig. 1 in einem gemeinsamen Umlenksammler
22.
[0021] Bei dem Grenzfall eines einflutigen Wärmetauschers würde der Umlenksammler 22 durch
einen nicht dargestellten Ausgangssammler ersetzt sein.
[0022] Die Mehrflutigkeit bedeutet mindestens eine Strömungsumkehr im Bereich der von den
Kammern 12 gebildeten einzelnen Kanäle in jedem Flachrohr 2. Bei der Zweiflutigkeit
- deren beiden Fluten in Fig. 1 durch einen Versteifungssteg 10a in jedem Flachrohr
2 voneinander getrennt sind - braucht dann der Umlenksammler 22 keine weitere Zwischenkammerunterteilung,
sondern es muß lediglich die einmalige Umlenkfunktion gewährleistet sein. Im Falle
von mehr als zweiflutiger Umlenkung bedarf es im Umlenksammler 22 mindestens einer
Zwischenwand, so daß etwa im Falle einer Vierflutigkeit eine doppelte einfache Umlenkung
in dem jeweiligen Umlenksammler 22 erfolgt. Bei einer noch höheren Flutenanzahl muß
gegebenenfalls dann die Anzahl der Zwischenwände erhöht werden.
[0023] Der Sammler 18 ist ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus einem Rohrboden 26 und
einem Deckel 28 zusammengesetzt, wobei gegebenenfalls weitere Teile zum Aufbau des
Sammlers 18 vorgesehen sein können.
[0024] Die dem Umlenksammler 22 abgewandten freien Enden der Flachrohre 2 greifen mit dem
Innenraum des Sammlers 18 kommunizierend dicht in den Rohrboden 26 ein, der dementsprechend
mit Eingriffsschlitzen sowie gegebenenfalls inneren und/oder äußeren Eingriffsstutzen
versehen ist.
[0025] Da in dem Sammler 18 die Eingangsfunktion und die Ausgangsfunktion des Kältemittels
vereint sind, benötigt der Sammler 18 mindestens eine zweikammerige Ausbildung, welche
eine Eingangsseite von der Ausgangsseite abtrennt. Für diesen Zweck hat die Kammerunterteilung
mindestens einen Flachsteg in Gestalt eines Längssteges 32, welcher den mit der Zuleitung
14 kommunizierenden Eingangsbereich im Sammler 18 von einer längs des Sammlers 18
durchgehenden Austrittskammer 34 abtrennt, die mit der Ausgangsleitung 16 kommuniziert.
[0026] Bei dem Verdampfer bedarf es ferner einer möglichst gleichmäßigen Zuführung des eingangsseitigen
Kältemittels zu allen Flachrohren 2. Im Grenzfall kann man jedem einzelnen Flachrohr
2 über einen sogenannten Verteiler das zugeführte Kältemittel gesondert zuführen.
Meist erfolgt jedoch die Zuführung zu benachbarten Gruppen von Flachrohren 2, bei
denen mindestens einige Gruppen eine höhere Flachrohranzahl als eins haben, wobei
auch die Zahl der Flachrohre 2 pro Gruppe wechseln kann. Jeder Gruppe von Flachrohren
2 wird dabei eine eigene Eintrittskammer zugeordnet, welche unmittelbar mit der betreffenden
Gruppe der Flachrohre 2 kommuniziert. Die eigenen Eintrittskammern werden in der Kammerunterteilung
durch als Flachstege ausgebildete Querstege voneinander abgeteilt.
[0027] Bei dem zweiflutigen Verdampfer gehen die Querstege rechtwinklig jeweils nur von
einer Seite des Längssteges 32 ab.
[0028] Bei einem vierflutigen Verdampfer ist außer dem Längssteg 32, der an die Austrittskammer
34 angrenzt, noch ein zu diesem paralleler weiterer Längssteg vorgesehen. Dieser wird
von den die eigenen Eintrittskammern der Gruppen von Flachrohren abteilenden Querstegen
bis in Anschluß an den Längssteg 32 rechtwinklig gekreuzt. In der Verlängerung der
Querstege zwischen den beiden Längsstegen wird zwischen diesen Längsstegen jeweils
eine zur außenliegenden jeweiligen eigenen Eintrittskammer angrenzende innere Umlenkkammer
zur Umlenkung der zweiten Flut in die dritte Flut innerhalb des Sammlers 18 abgeteilt.
[0029] Bei höheren Zahlen der Fluten, die durch den Sammler 18 mit Umlenkfunktion geführt
werden, erhöht sich entsprechend die Anzahl der Längsstege sowie die Anzahl der inneren
Umlenkkammern, die dann in Querrichtung des Sammlers jeweils innen liegend auch noch
nebeneinander zwischen den eigenen Eintrittskammern der Gruppen von Flachrohren 2
sowie der Austrittskammer 34 eingeschachtelt sind.
[0030] Die Zuleitung 14 kommuniziert mit den einzelnen eigenen Eintrittskammern jeweils
über eine im Sammler 18 verlaufende eigene Zuleitung 44, die unterschiedlich gestaltet
sein können, z.B. in einem Rohr zusammengefaßt.
[0031] Bei dem fertigen Wärmetauscher ist der Block aus Flachrohren 2 sowie Zickzacklamellen
8 seitlich durch je ein an der jeweils äußeren Zickzacklamelle anliegendes Seitenblech
36 abgeschlossen, so daß die Seitenbleche 36 einen äußeren Rahmen für die den Wärmetauscherblock
anströmende Außenluft bilden.
[0032] Die Flachrohre 2, die Zickzacklamellen 8, der Rohrboden 26 und der Deckel 28 des
Sammlers mitsamt der gegebenenfalls vorgesehenen Kammerunterteilung sowie die Seitenbleche
36 des Wärmetauschers bestehen, zweckmäßig ebenso wie die Zuleitung 14 und die Ausgangsleitung
16, aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung und werden einschließlich der
dem Wärmetauscher benachbarten Abschnitte der Leitungsverbindungen zum fertigen Verdampfer
hartgelötet.
[0033] Ohne daß dies dargestellt ist, ist in der Praxis bei Kältemittelverdampfern für Kraftfahrzeugklimaanlagen
gemäß Fig. 1 die Zuleitung 14 und die Ausgangsleitung 16, die über entsprechende Anschlußstutzen
in den Sammler 18 übergehen können, an zwei entsprechende Anschlußstutzen eines thermostatisch
geregelten Blockventils angeschlossen. Dieses weist an der nicht sichtbaren gegenüberliegenden
Seite zwei weitere zuleitungsseitige und ausgangsseitige Anschlußstutzen auf.
[0034] Der Rohrboden 26 und der Deckel 28 sind aus mit Lot vorbeschichtetem Blech gebildet.
Der freie Rand des Deckels greift dabei mit mindestens einseitiger Überlappung in
den Rohrboden 26 ein.
[0035] Unter Betrachtung zunächst von Fig. 3 erkennt man, daß die betreffende Schnittdarstellung
durch einen Kanal 12 von zwei parallel zueinander vertikal verlaufenden Flachrohren
2 geführt ist. Die nachfolgenden Ausführungen gelten jedoch auch dann, wenn ein Schnitt
betrachtet würde, der jeweils durch einen Versteifungssteg 10 des gleichen Flachrohres
2 verläuft.
[0036] Es ist die besondere Anordnung einer Zickzacklamelle 4 rechtwinklig zur Strömungsrichtung
des äußeren Wärmetauschfluids 9 dargestellt, und zwar mit Blick in Richtung der Strömungsrichtung.
Die einzelnen Schenkel 38 der Zickzacklamelle erstrecken sich dabei in Strömungsrichtung
des Pfeiles 9 des äußeren Wärmetauschfluids und hängen jeweils über gerundete Scheitel
40 in Fortsetzungsrichtung der Zickzacklamelle, also in vertikaler Richtung, miteinander
zusammen. Die Scheitel 40 sind jeweils durch Hartverlötungsstellen 42 an der benachbarten
Flachseite des benachbarten Flachrohres 2 befestigt. Die Anordnung und Ausbildung
der Schenkel 38 und der Scheitel 40 ist dabei so getroffen, daß der freie Strömungsquerschnitt
für das äußere Wärmetauschfluid gemäß dem Pfeil 9 innerhalb der Krümmung der Scheitel
40 größer ist als im Bereich des freien Abstandes 44 von zwei an dasselbe Flachrohr
2 angrenzenden Scheiteln 40. Somit ist der Zwischenraum 46 zwischen benachbarten Schenkeln
38 der Zickzacklamelle 8 im Bereich des freien Abstandes 44 enger ausgebildet als
in Nachbarschaft des Scheitels 40. Das führt dazu, daß es im Bereich der durch den
freien Abstand 44 jeweils definierten Engstelle unter dem Einfluß von Oberflächenspannungen
zu kapillarer Ablagerung 48 von durch das äußere Wärmetauschfluid mitgeführter Feuchtigkeit
kommen kann.
[0037] Diese Ablagerungen 48 von Flüssigkeit sammeln sich an den in Strömungsrichtung des
äußeren Wärmetauschfluids gemäß dem Pfeil 9 hinteren Enden der Breitenerstreckung
der Zickzacklamelle 8 bzw. von deren Schenkeln 38. Im Rahmen der Erfindung wird dafür
gesorgt, daß bei einer Anordnung und Ausbildung der Zickzacklamellen gemäß Fig. 3,
sichergestellt wird, daß die Ablagerungen 48 nicht in der Zickzacklamelle 8 verbleiben
und deren lichten Querschnitt einengen, sondern mindestens von Zeit zu Zeit gezielt
abgeführt werden.
[0038] Hierzu wird eine die angesammelte Flüssigkeit abführende Einrichtung in Nachbarschaft
der Flüssigkeitsablagerungen 48 angeordnet, und zwar am in Strömungsrichtung des äußeren
Wärmetauschfluids gemäß dem Pfeil 9 hinteren Bereich.
[0039] Hierzu wird bei allen dargestellten drei Ausführungsbeispielen in Nachbarschaft des
in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids gemäß dem Pfeil 9 hinteren Ende
der Zickzacklamelle 8 bzw. von deren Schenkeln 38 an jedem der beiden benachbarten
Flachrohre 2 jeweils eine vertikal von oben nach unten durchlaufende Wasserablaufrinne
50 ausgebildet.
[0040] Bei allen Ausführungsbeispielen wird dabei davon ausgegangen, daß die Zickzacklamelle
8 in Richtung des Pfeils 9 jeweils über die benachbarten Flachrohre 2 mit einem Überstand
52 hinausragt, ein allgemein für die Realisierung der Erfindung zweckmäßiges Merkmal.
[0041] Entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die jeweilige vertikale Wasserablaufrinne
50 durch eine vertikale Eindellung 60 an der der benachbarten Zickzacklamelle zugewandten
Flachseite des angrenzenden Flachrohres 2 ausgebildet, wobei die Eindellung zweckmäßig
an der Wandfläche eines Kanals 12 vorgenommen wird. Obwohl die betreffende Eindellung
60 auch an dem in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids gemäß dem Pfeil
9 hintersten Kanal 12 des jeweiligen Flachrohres 2 erfolgen kann, zeigt Fig. 2, daß
ebensogut die Wasserablaufrinne auch in einem vorhergehenden Kanal, hier dem vorletzten
Kanal gesehen in der genannten Strömungsrichtung, ausgebildet sein kann.
[0042] Wie ferner aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Anschlußenden 62 der Flachrohre 2
von der Ausbildung der jeweiligen Eindellung 60 freigehalten.