DE60201538T2

DE60201538T2 - Wärmetauscher mit verbesserter leistung, insbesondere verdampfer

Info

Publication number: DE60201538T2
Application number: DE60201538T
Authority: DE
Inventors: Frederic Bousquet; Sylvain Moreau; Jean-Michel Bouzon
Original assignee: Valeo Climatisation SA
Current assignee: Valeo Climatisation SA
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2022-06-25
Also published as: EP1399702B1; FR2826439B1; MXPA04000061A; CZ20033556A3; WO2003001134A1; DE60201538D1; EP1399702A1; ES2230515T3; CZ296755B6; FR2826439A1; US7059395B2; CN1520507A; US20040182554A1; ATE278925T1

Description

Die Erfindung betrifft Wärmeaustauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Sie betrifft insbesondere einen Wärmeaustauscher für das Austauschen von Wärme zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, der eine Stapelung von Taschen umfasst, die gegenseitig in eine Längsrichtung ausgerichtet sind, und der zwei Sammelgehäuse aufweist, die in eine seitliche Richtung nebeneinander liegen, die beide durch die Ausrichtung von Eingangs- und Ausgangskammern in die Längsrichtung ausgebildet werden, die jeweils zu den verschiedenen Taschen gehören, wobei die Sammelgehäuse insgesamt in mindestens drei Verbindungsleitungen unterteilt sind, und in welchen das erste Fluid in eine stromaufwärts liegende Verbindungsleitung über einen Längsstutzen eingespritzt wird, der eine Endseite des Wärmeaustauschers, die von der stromaufwärts liegenden Verbindungsleitung entfernt ist, durchquert, und mindestens eine weitere Verbindungsleitung, die durch weitere Taschen ausgebildet ist.
Man kennt bereits insbesondere gemäß EP 0 911 595 einen Wärmeaustauscher dieses Typs, bei dem die Verbindungsleitungen, die zu einem gleichen Sammelgehäuse gehören, in die Längsrichtung aufeinander folgen und untereinander nicht direkt verbunden sind, während in jeder Verbindungsleitung die Eingangs- und die Ausgangskammern untereinander durch Öffnungen verbunden sind, die in den Wänden der Taschen eingerichtet sind.
Die Taschen definieren einen Verlauf für das erste Fluid zwischen einer stromaufwärts liegenden Verbindungsleitung benachbart zu einem ersten Längsende der Stapelung und einer stromabwärts liegenden Verbindungsleitung, die neben dem zweiten Längsende der Stapelung liegt, unter abwechselndem Laufen von einer Verbindungsleitung, die zu einem der Sammelgehäuse gehört, zu einer Verbindungsleitung, die zum anderen Sammelgehäuse gehört, über U-Verläufe, von welchen jeder die Eingangs- und die Ausgangskammern einer gleichen Tasche verbindet. Die stromaufwärts und stromabwärts liegenden Verbindungsleitungen sind mit Eingangsdurchgängen und Ausgangsdurchgängen versehen, die an einem der Längsenden vorgesehen sind, eine direkt und die andere über den oben genannten Längsstutzen. Dieser Stutzen durchquert die Öffnungen der Verbindungsleitung oder der Verbindungsleitungen, die zwischen dieses gleiche Ende und die andere Verbindungsleitung eingefügt sind.
Solche Wärmeaustauscher werden gewöhnlich als Verdampfer in Klimatisierungsvorrichtungen des Fahrgastraums von Fahrzeugen verwendet.
Die Taschen sind jede aus zwei in Form von Wannen gestanzten Blechplatten ausgebildet, deren Konkavitäten zueinandergekehrt sind, und die miteinander dicht an ihrer Peripherie verbunden sind, wobei die Eingangs- und die Ausgangskammern von Regionen der Wannen mit größerer Tiefe als die restlichen Regionen abgegrenzt werden, so dass zwischen zwei benachbarten Taschen gegenüber der restlichen Region ein Abstand für das Durchgehen des zweiten Fluids in die seitliche Richtung reserviert wird, und wobei die Öffnungen in den Böden der Wannen eingerichtet sind, die miteinander um Öffnungen dicht in gegenseitiger Berührung sind.
Die beiden Wannen jeder Tasche sind ferner dicht mit einer Mittelzone ihrer Breite und auf einem erheblichen Bruchteil ihrer Länge ausgehend von einem ersten Endrand verbunden, wobei sich die zwei Schenkel des U-Verlaufs zu beiden Seiten der Mittelzone erstrecken, sowie der Regionen mit größerer Tiefe der Wannen, die in der Nähe des ersten Endrands angeordnet sind.
In den bekannten Wärmeaustauschern dieses Typs besitzt der Längsstutzen, auch Pipette genannt, einen ersten kreisförmigen Querschnitt, wie die Veröffentlichung EP 0 911 595 lehrt.
Eines der Ziele der Erfindung besteht darin, die Betriebsmerkmale dieser Wärmeaustauscher noch zu verbessern.
Sie zielt auch darauf ab, den Durchgang des ersten Fluids sowie das Gleichgewicht des Wärmeaustauschers zu verbessern.
Dazu schlägt die Erfindung einen Wärmeaustauscher des in der Einleitung definierten Typs vor, bei dem der Längsstutzen einen Querschnitt in im Allgemeinen länglicher Form aufweist, dessen größtes Maß zum größten Maß der Taschen parallel ist.
Es wurde festgestellt, dass dieser Längsquerstutzen aufgrund seines länglichen Querschnitts das Durchgehen des ersten Fluids verbessert und ferner derart positioniert werden kann, dass er die in den Taschen definierten Kammern nicht teilweise verschließt. Dank dieser besonderen Form passt sich der Längsstutzen besser an die Form der Sammelgehäuse an, in dem Fall, in dem die Platten eine geringe Breite (in die seitliche Richtung) aufweisen, die typisch kleiner ist als 60 mm.
Optionale Merkmale der Erfindung, die ergänzend oder alternativ sind, werden unten aufgezählt:

– Der Querschnitt des Längsstutzens hat eine allgemein ovale Form.
– Der Längsstutzen ist fest mit einem Endgehäuse verbunden, das auf der Endfläche sitzt.
– Das Endgehäuse umfasst einen ersten Hohlraum, der mit einer Öffnung versehen ist, in die der Längsstutzen mündet, und einen zweiten Hohlraum, der mit einer Öffnung versehen ist, die in eine stromabwärts liegende Verbindungsleitung mündet, die neben dem Ende des Wärmeaustauschers liegt.
– Das Endgehäuse nimmt eine ausgebildete Platte auf, die einen Eingangsansatz festlegt, der mit dem ersten Hohlraum verbunden ist, und einen Ausgangsansatz, der mit dem zweiten Hohlraum verbunden ist.
– Der Längsstutzen ist an die Ränder der Öffnung des ersten Hohlraums gefalzt.
– Der Längsstutzen durchquert dicht eine Zwischenwand, die die stromaufwärts liegende Verbindungsleitung von einer benachbarten Verbindungsleitung trennt, die von dem Längsstutzen durchquert wird.
– Die benachbarte Verbindungsleitung erstreckt sich bis zur Endseite des Wärmeaustauschers.
– Der Längsstutzen ist auf den Außenrand der Öffnungen, die die Taschen zu je zwei verbinden, hartgelötet.
– Die Längs- und die seitliche Richtung sind im Wesentlichen horizontal, und die Sammelgehäuse sind im oberen Teil des Wärmeaustauschers angeordnet.

In der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung bezieht man sich auf die anliegenden Zeichnungen, auf welchen:
1 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers im Schnitt nach der Linie I-I der 2 ist;
2 eine Draufsicht des Wärmeaustauschers im Schnitt nach der Linie II-II der 1 ist;
3 eine Querschnittansicht des Längsstutzens des Wärmeaustauschers der 1 und 2 ist;
4 ein Detail in vergrößertem Maßstab der 2 ist und
5 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Einheit Längsstutzen-Endgehäuse zeigt, die zum Wärmeaustauscher der 1 und 2 gehören kann.
Der auf den Zeichnungen dargestellte Wärmeaustauscher ist ein Verdampfer, der für eine Klimatisierungsvorrichtung des Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs bestimmt ist. Er umfasst eine Vielzahl von Taschen 1, die miteinander in eine im Wesentlichen horizontale Richtung gestapelt sind und jede aus zwei in Form von Wannen 2 und 3 gestanzten Blechplatten ausgebildet sind. Letztere sind untereinander identisch, und sie haben ihre Konkavitäten zueinander gekehrt, das heißt jeweils zu zweiten und ersten Längsenden 5, 4 der Stapelung. Jede Wanne weist einen peripheren Rand 6 auf, der in einer vertikalen Ebene liegt, und die peripheren Ränder 6 der zwei Wannen, die eine Tasche bilden, sind miteinander gegenüber dem Fluid durch Hartlöten dicht zusammengebaut, um das innere Volumen der Tasche abzugrenzen.
Jede Wanne weist ferner in ihrem oberen Teil zwei Regionen 7 mit einer größeren Tiefe als der der restlichen Region 8 auf, wobei Letztere den größten Teil der Höhe der Wanne belegt, unter den Regionen 7 (2). Diese zwei Regionen mit größerer Tiefe jeder Wanne, die von links nach rechts in den Figuren einander gegenüber liegen, definieren in jeder Tasche eine Eingangskammer und eine Ausgangskammer für ein erstes Fluid, hier das Kühlmittel.
Die Eingangskammer und die Ausgangskammer jeder Tasche werden voneinander durch eine dichte Verbindungszone 9 zwischen den zwei Wannen in mittlerer Breite der Tasche getrennt, wobei sich diese Verbindungszone an den Rand 6 am oberen Ende 10 der Tasche anschließt und sich nach unten bis in die Nähe des unteren Endes der Tasche derart verlängert, dass in dieser, gegenüber den Regionen 8 der Wannen ein U-Verlauf für das Fluid zwischen der Eingangskammer und der Ausgangskammer definiert wird (2).
Der Boden jeder Wanne wird in jeder der Regionen 7 mit größerer Tiefe durch eine Öffnung 11 durchquert, und die zueinander gekehrten Böden einer Wanne 2 und einer benachbarten Wanne 3 sind miteinander dicht um Öffnungen durch Hartlöten verbunden.
Das Aneinanderreihen der Eingangs-/Ausgangskammern, die auf der linken Seite der Figuren liegen, bildet ein Sammelgehäuse 16, und das Aneinanderreihen der Eingangs-/Ausgangskammern, die auf der rechten Seite liegen, bildet einen Sammelgehäuse 17 (1). Das Sammelgehäuse 16 ist von einer Querwand 18 in eine Verbindungsleitung 12 unterteilt, die sich von dieser Wand zum Ende 4 der Stapelung erstreckt, und in eine Verbindungsleitung 14, die sich von der Wand zum Ende 5 erstreckt. Ebenso trennt eine Querwanderung 19, die vom Ende 4 weiter entfernt ist als die Wand 18, das Sammelgehäuse 17 in eine Verbindungsleitung 13 neben dem Ende 4 und in eine Verbindungsleitung 15 neben dem Ende 5. Eine Endplatte 20 ist auf den Boden der Wanne 3 am Ende 4 der Stapelung hartgelötet, während ein Endgehäuse 21 (siehe auch 4 und 5) auf den Boden der Wanne 3 am Ende 5 der Stapelung liegend hartgelötet ist. Die Öffnungen 11 der Wannen werden daher verschlossen, was dazu beiträgt, die Verbindungsleitungen abzugrenzen. Die Eingangs/Ausgangskammern, die eine gleiche Verbindungsleitung bilden, sind untereinander durch die Öffnungen 11 der Wannen 2, 3 verbunden.
Ein Längsstutzen 22, auch „Pipette" genannt, erstreckt sich auf der ganzen Länge der Verbindungsleitung 14. Er ist dicht mit dem Endgehäuse 21 verbunden und durchquert dicht die Zwischenwand 18, so dass die Verbindungsleitung 12 (stromaufwärts liegende Verbindungsleitung) mit dem Teil des Kühlmittelkreislaufs verbunden wird, der stromaufwärts des Verdampfers liegt.
Ferner umfasst das Endgehäuse 21 eine Öffnung 23, die in die Verbindungsleitung 15 derart mündet, dass diese mit dem dem Kreislauf nachgeschalteten Teil verbunden wird.
Das Kühlmittel dringt in die Verbindungsleitung 12 durch den Längsstutzen 22 ein, läuft danach in die Verbindungsleitung 13, indem es parallel U-Verläufe einer ersten Gruppe von Taschen einschlägt. Es wird danach über U-Verläufe einer zweiten Gruppe von Taschen zur Verbindungsleitung 14 transferiert, dann über U-Verläufe einer dritten und letzten Gruppe von Taschen zur Verbindungsleitung 15. Das Fluid verlässt schließlich den Verdampfer durch die Ausgangsöffnung 23. Bei der Zirkulation in den U-Verläufen, empfängt das Fluid die Wärme eines Luftstroms, der den Verdampfer horizontal von rechts nach links gemäß dem Pfeil F1 durchquert, indem er durch die Abstände läuft, die die Taschen gegenüber von den Regionen 8 der Wannen trennen.
Erfindungsgemäß weist der Stutzen 22 einen Querschnitt länglicher Form auf, im Beispiel mit ovaler Form ( 3), dessen größtes Maß zum größten Maß der Taschen parallel ist. Das bedeutet, dass das größte Maß des ovalen Querschnitts vertikal ist, wenn man die 1 betrachtet.
Ferner ist der Stutzen 22 im Vergleich zur Mitte der Öffnungen 11 der Wannen, die das Sammelgehäuse 16 definieren, versetzt. In dem dargestellten Beispiel ist der Stutzen nach außen versetzt, hier nach links, das heißt nach stromabwärts zum Luftstrom F1. Insbesondere hat die Kontur jeder Öffnung 11 eine ovale Form und besteht aus zwei horizontalen Segmenten von Geraden 30 und aus 2 Kreisbögen 31, deren Konkavitäten zueinander gekehrt sind, und die sich an die Segmente 30 (1) anschließen. Der Stutzen 22 stützt sich auf einen der zwei Kreisbögen 31 (auf den, der nach links liegt) auf den Rand der Öffnungen, die er durchquert, und er ist an diesen Rand über die ganze Länge des Kreisbogens 31 auf der linken Seite hartgelötet. Daher steht das größte Maß des Querschnitts des Stutzens 22 senkrecht zum größten Maß der Öffnung 11 (1).
Wie aus 4 und 5 ersichtlich, ist der Längsstutzen 22 fest mit dem Endgehäuse 21 verbunden, das auf der Endseite 5 des Verdampfers sitzt. Dieses Endgehäuse 21 umfasst einen ersten Hohlraum 32, der mit einer Öffnung 33 mit ovaler Form versehen ist, in welche der Längsstutzen 22 mündet. Der Längsstutzen 22 ist an die Ränder dieser Öffnung 33 gefalzt. Ferner umfasst das Endgehäuse 21 einen zweiten Hohlraum 34, in welchen die oben genannte Öffnung 23 gebildet ist, die in die stromabwärts liegende Verbindungsleitung 15 mündet. Das Endgehäuse 21 hat hier eine Form in Doppelwanne, die der einer Platte 2 ähnelt.
Dieses Endgehäuse 21 nimmt eine ausgebildete Platte 35 (2 und 4) auf, die einen Eingangsansatz 36 definiert, der mit dem Hohlraum 32 und daher mit dem Stutzen 22 verbunden ist, und einen Ausgangsansatz 37, der mit dem zweiten Hohlraum 34 verbunden ist, daher mit der Ausgangsöffnung 23. Man bildet daher einen Eingangsansatz und einen Ausgangsansatz am Ende des Verdampfers, das heißt an dem Stapelende der Platten.
Der Längsstutzen kann an die Ränder einer Öffnung 11, die die stromaufwärts liegende Verbindungsleitung 12 mit einer benachbarten Verbindungsleitung 14 verbindet, welche von diesem Längsstutzen durchquert wird, hartgelötet werden. Diese benachbarte Verbindungsleitung 14 erstreckt sich bis zur Endseite 5 des Wärmeaustauschers.
Ferner ist der Längsstutzen 22 auf den Außenrand der Öffnungen 11, die die Taschen zu je zwei verbinden, hartgelötet.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Längs- und die seitliche Richtung des Wärmeaustauschers im Wesentlichen horizontal, während die Sammelgehäuse 16 und 17 in dem oberen Teil des Wärmeaustauschers angeordnet sind (1).
Es wurde festgestellt, dass man die Leistungen des Wärmeaustauschers, hier des Verdampfers, dank der länglichen Form des Querschnitts des Längsstutzens verbessert.
Insbesondere verbessert man damit den Durchgang des Fluids, indem man den internen Lastverlust einschränkt und die Leistungen erhöht.
Der Längsstutzen kann dank seiner länglichen Form derart positioniert werden, dass er die Kanäle nicht teilweise verschließt, und er passt sich besser an die Form der Gehäuse an.
Sie erlaubt es ihm daher, sich in Platten zu fügen, die eine relativ kleine Breite haben, typisch kleiner als 60 mm. Daraus ergibt sich auch eine Verbesserung des Gleichgewichts des Verdampfers.
Man stellt eine signifikante Verbesserung der Leistungen des Verdampfers dank der Erfindung fest.
Die erfindungsgemäße Anordnung verbessert auch die Homogenität des Wärmeaustauschs in dem Verdampfervolumen und daher die Homogenität der Verteilung der Temperaturen innerhalb des Luftstroms, der aus diesem austritt, mit Dämpfung der Erscheinungen heißer und kalter Stellen.
Ferner bewirkt das Hartlöten des Längsstutzens an die Ränder der Öffnungen über eine große Länge dieser eine Versteifung und eine Verringerung der Betriebsgeräusche.
Bei der Erfindung kann der Querschnitt des Stutzens eine andere längliche Form aufweisen als eine ovale Form, zum Beispiel eine elliptische, rechteckige usw.
Die Erfindung findet eine besondere Anwendung bei der Herstellung von Verdampfern für Klimatisierungsvorrichtungen von Fahrzeugen.

Claims

Wärmeaustauscher für das Austauschen von Wärme zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, insbesondere Verdampfer für eine Klimatisierungsvorrichtung des Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, der eine Stapelung von Taschen (1) umfasst, die gegenseitig in eine Längsrichtung ausgerichtet sind, und der zwei Sammelgehäuse (16, 17) aufweist, die in eine seitliche Richtung nebeneinander liegen, die beide durch die Ausrichtung von Eingangs- und Ausgangskammern in die Längsrichtung ausgebildet werden, die jeweils zu den verschiedenen Taschen gehören, wobei die Sammelgehäuse insgesamt in mindestens drei Verbindungsleitungen unterteilt sind, in welche das erste Fluid in eine stromaufwärts liegende Verbindungsleitung (12) über einen Längsstutzen (22) eingespritzt wird, der eine Endseite (5) des Wärmeaustauschers, die von der stromaufwärts liegenden Verbindungsleitung entfernt ist, durchquert, und mindestens eine weitere Verbindungsleitung (14), die durch weitere Taschen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsstutzen (22) einen Querschnitt in im Allgemeinen länglicher Form aufweist, dessen größtes Maß zum größten Maß der Taschen (1) parallel ist.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Längsstutzens (22) allgemeine ovale Form hat.
Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsstutzen (22) fest mit einem Endgehäuse (21) verbunden ist, das auf der Endfläche (5) sitzt.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgehäuse (21) einen ersten Hohlraum (32) umfasst, der mit einer Öffnung (33) versehen ist, in die der Längsstutzen (22) mündet, und einen zweiten Hohlraum (34), der mit einer Öffnung (23) versehen ist, die in eine stromabwärts liegende Verbindungsleitung (15) mündet, die neben dem Ende (5) des Wärmeaustauschers liegt.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgehäuse (21) eine ausgebildete Platte (35) aufnimmt, die einen Eingangsansatz (36) festlegt, der mit dem ersten Hohlraum (32) verbunden ist, und einen Ausgangsansatz (37), der mit dem zweiten Hohlraum verbunden ist (34).
Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsstutzen (22) an die Ränder der Öffnung (33) des ersten Hohlraums (32) gefalzt ist.
Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsstutzen (22) eine Zwischenwand (18) dicht durchquert, die die stromaufwärts liegende Verbindungsleitung (12) von einer benachbarten Verbindungsleitung (14) trennt, die von dem Längsstutzen (22) durchquert ist.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die benachbarte Verbindungsleitung (14) bis zur Endseite (5) des Wärmeaustauschers erstreckt.
Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsstutzen (22) auf den Außenrand der Öffnungen (11), die die Taschen (1) zu je zwei verbinden, hartgelötet ist.
Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längs- und seitliche Richtung im Wesentlichen horizontal und die Sammelgehäuse (16, 17) im oberen Teil des Wärmeaustauschers angeordnet sind.