DE10229083A1

DE10229083A1 - Wärmetauscher mit einem Diffusor

Info

Publication number: DE10229083A1
Application number: DE10229083A
Authority: DE
Inventors: Viktor Brost; Stanislaus Lesjak; Hans-Dieter Härtel
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-15
Also published as: EP1376043A3; EP1376043A2; EP1376043B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Diffusor (1), um ein Medium in flache Wärmetauscherrohre (2) hineinzuführen, oder mit einem Sammelkasten, um ein Medium aus den flachen Wärmetauscherrohren (2) heraus aufzunehmen und weiterzuleiten, wobei der Diffusor (1) eine Wand (3) aufweist, die sich entlang der Enden (4) eines Stapels von flachen Wärmetauscherrohren (2) erstreckt und deren Innenseite (5) mit den Enden (4) mittels Löten dicht verbunden ist. Mit der Erfindung wird eine dichte Lötverbindung zwischen der Wand und den Enden der Wärmetauscherrohre (2) sowie eine Fixierung des Stapels dadurch geschaffen, dass sich erfindungsgemäß die Wand (3) umlaufend um den gesamten Umfang des Endes des Stapels erstreckt und Vertiefungen (8) und/oder Schlitze (7) und/oder Erhöhungen (6) aufweist, dass die Vertiefungen (8) mit Furchen (10) im Umfang des Stapels korrespondieren, und dass die Erhöhungen (6) und/oder Schlitze (7) mit Vorsprüngen (9) am Umfang des Stapels korrespondieren, um eine dichte Verbindung zwischen dem Umfang und der Wand (3) zu gewährleisten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Diffusor, um ein Medium in flache Wärmetauscherrohre hineinzuführen, oder mit einem Sammelkasten, um ein Medium aus den flachen Wärmetauscherrohren heraus aufzunehmen und weiterzuleiten, wobei der Diffusor oder der Sammelkasten eine Wand aufweist, die sich entlang der Enden eines Stapels von flachen Wärmetauscherrohren erstreckt und die mit den Enden mittels Löten dicht verbunden ist.
Beispielsweise aus der WO 00/75591 , aber auch aus einer Vielzahl weiterer Dokumente, ist ein solcher Wärmetauscher mit einem Sammelkasten bekannt. Die Wand, die sich entlang der Enden der Wärmetauscherrohre erstreckt, ist dort unverformt, dass heißt gerade durchlaufend, und die Stirnseiten der aus zwei Rohrhälften bestehenden flachen Wärmetauscherrohre sind im Verbindungsbereich der Rohrhälften ein kurzes Stück weit aufgeschlitzt, um so eine Fuge zu bilden, in die die Wand des Sammelkastens eingesetzt wird, um dort die Verbindung mittels Löten herzustellen. Man darf vermuten, dass die dichte Verbindung der Wand mit den Enden das Stapels flacher Wärmetauscherrohre nicht ohne Schwierigkeiten sein wird, zumal die Wanddicke der Wärmetauscherrohre wesentlich unter 1,0 mm liegt. Ferner scheint es dort nicht vorgesehen zu sein, dass mittels des Sammelkastens eine Vorfixierung des zum Löten vorgefertigten Wärmetauschers möglich ist. Die Vorfixierung scheint hingegen mit der Lösung aus der DE 197 22 097 A1 erreichbar zu sein, weil dort die beiden Längswände des Sammelkastens und die Schmalwände der Wärmetauscherrohre wellenförmig verformt sind, so dass sie miteinander korrespondieren. Jedoch ist es bei dem dort gezeigten Wärmetauscher schwierig, eine dichte Verbindung der Wand des Sammelkastens an den Stoßbereichen zwischen den Wärmetauscherrohren zu realisieren.
Weitere Dokumente die etwas Ähnliches zeigen sind beispielsweise das EP 775 884 A2 und das EP 1 139 052 A2 .
Andere Wärmetauscher, die die Merkmale des Oberbegriffs aufweisen, sind die sogenannten gehäuselosen Plattenwärmetauscher. Hierzu wird insbesondere das EP 0 992 756 A2 genannt. Der Unterschied zwischen den oben beschriebenen Wärmetauschern und den gehäuselosen Plattenwärmetauschern besteht darin, dass bei den Erstgenannten zwischen den flachen Wärmetauscherrohren Wellrippen oder dergleichen angeordnet sind, durch die oftmals Kühlluft frei hindurch strömt, während bei den Plattenwärmetauschern die Wärmetauscherrohre mittels verformter Wärmetauscherplatten gebildet werden, die so zusammen gestapelt sind, dass Wärmetauscherrohre für unterschiedliche Medien unmittelbar aneinander angrenzen. In dem zuletzt genannten Dokument münden die Enden des Stapels der Wärmetauscherrohre in einem Rohrboden. Am Rand der Rohrbodens ist der Sammelkasten oder der Diffusor mit seiner Wand umlaufend befestigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wärmetauscher mit einem Sammelkasten oder einem Diffusor zu entwickeln, dessen Wand sich dicht mit den Enden eines Stapels flacher Wärmetauscherrohre verbinden lässt und der so ausgebildet sein soll, dass er den für die Durchführung des Lötprozesses vorbereiteten Stapel fixieren kann.
Die erfindungsgemäße Lösung ist Gegenstand des Anspruchs 1.
Die Wand des Sammelkastens oder Diffusors erstreckt sich umlaufend um den gesamten Umfang des Endes des Stapels flacher Wärmetauscherrohre und weist Erhöhungen und/oder Vertiefungen und/oder Schlitze auf. Die Erhöhungen und/oder Schlitze korrespondieren mit Vorsprüngen am Umfang des Stapels. Die Vertiefungen korrespondieren mit Furchen im Umfang des Stapels, so dass eine dichte Verbindung zwischen dem Umfang und der Wand des Diffusors gewährleistet ist. Die umlaufende Wand stellt zugleich eine Vorfixierung des Stapels dar, weil sie den gesamten Stapel zusammenhalten kann. Somit kann der Aufwand für Hilfsvorrichtungen deutlich gesenkt werden. Die umlaufende Wand des Diffusors oder des Sammelkastens kann so weit über das Ende des Stapels aus flachen Wärmetauscherrohren geschoben werden, dass eine ausreichend große Verbindungsfläche zwischen der Wand und den Rohrenden gegeben ist. Somit können qualitativ hochwertige Lötverbindungen erwartet werden.
Jede Erhöhung in der Wand ist eine Falte, wobei jede Falte in sich einen Vorsprung aufnimmt, der der Randflansch der aus zwei Flachrohrhälften bestehenden Wärmetauscherrohre ist.
Jede Vertiefung in der Wand ist eine umformtechnisch hergestellte nach innen ragende Nase, welche die eine Furche am Umfang des Stapels darstellende Fuge zwischen zwei Wärmetauscherrohren ausfüllt. Unter einer Furche soll jedoch auch ein Absatz im Umfang des Stapels verstanden werden.
Als Alternative zur Falte können Schlitze in der Wand vorgesehen sein, die gerade so dimensioniert sind, dass sie einen Vorsprung aufnehmen, der der Randflansch der aus zwei Flachrohrhälften bestehenden Wärmetauscherrohre ist.
Die Enden an den Breitseiten der flachen Wärmetauscherrohre liegen aneinander an und sind verbunden, wobei die Fugen (Furchen) die randseitigen Nähte zwischen zwei Wärmetauscherrohren sind.
Alternativ kann aber auch zwischen den Breitseiten an den Enden der flachen Wärmetauscherrohre ein Abstand vorhanden sein.
Insbesondere hinsichtlich der Vorfixierung ist weiter von Vorteil, wenn die Wand des Diffusors oder des Sammelkastens aus zwei Schmalwänden und zwei Breitwänden besteht und die Breitwände Verlängerungen aufweisen, die bis über die Enden von Abschlussplatten reichen, welche den Stapel von flachen Wärmetauscherrohren abdecken und verstärken. Diese Ausbildung ist vorhanden, wenn die Stapelhöhe kleiner ist als der große Durchmesser der flachen Wärrmetauscherrohre, was in einem speziellen Anwendungsfall bei Abgaswärmetauschern sinnvoll ist. Je nach Abmessung der Wärmetauscherrohre und der Stapelhöhe könnten ansonsten die Verlängerungen auch an den Schmalwänden angeordnet sein.
Die Verlängerungen weisen eine Abstufung auf und die Abschlussplatten weisen an den Enden Laschen auf, die nach der Vormontage des Wärmetauschers umgebogen werden, um an den Verlängerungen anzuliegen und den Wärmetauscher zusammen zu halten.
Ein fertigungstechnischer Vorteil ist, wenn der Diffusor ein mittels Tiefziehen hergestelltes Teil ist.
Weitere Merkmale sind Gegenstand der Ansprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand der beigefügten Zeichnungen beschreiben.
Die Figuren zeigen Folgendes:
1 Schnitt 1-1 aus 3;
2 perspektivische Ansicht des Wärmetauschers mit anzusetzenden Diffusoren;
3 perspektivische Ansicht des Wärmetauschers mit angesetzten Diffusoren;
4 und 5 Draufsichten auf einen Diffusor;
6 perspektivische Ansicht auf einen Diffusor;
Im Ausführungsbeispiel ist ein aus einem Plattenstapel bestehender gehäuseloser Wärmetauscher gezeigt, dessen Platten wie im EP 0 992 756 A2 beschrieben ist, verformt und aufeinander gestapelt sind, wobei die Platten flache Wärmetauscherrohre 2 bilden. Bezüglich weiterer Einzelheiten dieser Bauweise wird auf das EP verwiesen, das an dieser Stelle als umfassend beschrieben gelten soll. Es handelt sich um einen mittels Kühlflüssigkeit gekühlten Abgaswärmetauscher, der in nicht gezeigter Weise in das Abgasrückführungssystem eines Kraftfahrzeuges eingebunden ist. Mit den gleichen Vorteilen ist der Wärmetauscher als mittels Kühlflüssigkeit gekühlter Ladeluftkühler zu verwenden.
Gemäß den 2 und 3 besitzt der Abgaswärmetauscher Wärmetauscherrohre 2, die an den einen Enden 4 einen Diffusor 1 und an den anderen Enden 4 einen Sammelkasten 1 aufweisen. In 3 sollen die eingezeichneten Pfeile anzeigen, dass das Abgas oben in den Abgaswärmetauscher über den Diffusor 1 einströmt und unten über den Sammelkasten 1 ausströmt. Über den Einlassstutzen 20 strömt Kühlflüssigkeit in den Abgaswärmetauscher, die denselben nach erfolgtem Wärmeaustausch mit dem Abgas über den Auslassstutzen 21 wieder verlässt. Auf der gezeigten Oberseite und auf der nicht zu sehenden Unterseite des Abgaswärmetauschers ist jeweils eine Abschlussplatte 22 angeordnet worden, die den Abgaswärmetauscher verstärkt. An den gegenüberliegenden Enden der Abschlussplatten 22 sind beidseitig Laschen 23 hochgestellt worden. An den zwei gegenüberliegenden Breitseiten der Wand 3 des Diffusors 1 sind Verlängerungen 24 vorgesehen, die eine Abstufung 25 aufweisen. (6) Wie die 2 zeigt, ragen die Verlängerungen 24 bis über die Enden der Abschlussplatte 22. Die Laschen 23 werden anschließend auf die Verlängerung 24 heruntergebogen, so dass der Stapel zum Löten vorfixiert ist.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen besteht der Stapel lediglich aus zwei Wärmetauscherrohren 2. Die Anzahl der Wärmetauscherrohre 2 ist vom Anwendungsafall abhängig und insofern beliebig. Wie die 1 zeigt, ist in beiden Wärmetauscherrohren 2 ein Inneneinsatz 26 angeordnet, um Turbulenzen im Abgas zu erzeugen und damit einen effizienten Wärmeaustausch zu erreichen. Die Wärmetauscherrohre 2 bestehen aus zwei Flachrohrhälften 2a und 2b. Die Flachrohrhälften 2a und 2b besitzen einen Randflansch 12 und werden miteinander an diesem Randflansch 12 verbunden. Die Randflansche 12 bilden die Vorsprünge 9 am Umfang des Stapels. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Wärmetauscherrohre 2 auch an ihren Breitseiten 15 miteinander verbunden sind, stellen sich im Umfang des Stapels auch Furchen 10 ein, die genau im Nahtbereich vorhanden sind. Ihre Größe hängt vom Biegeradius an den Flachrohrhälften 2a, 2b ab. Ein kleinerer Biegeradius führt zu kleineren Furchen 10, wobei jedoch kleinere Biegeradien schwieriger zu realisieren sind. Sind die Furchen 10 zu groß, stellen sich Probleme ein, die Wand 3 dicht am Umfang des Stapels zu verlöten. Deshalb sind in der Wand 3 Vertiefungen 8 (nach innen ragende Nasen 13) vorgesehen, die sich in die Furchen 10 hinein erstrecken und diese im wesentlichen ausfüllen und somit an diesen Stellen eine dichte Lötverbindung erlauben. Falls die Flachrohrhälften 2a, 2b nicht, wie gezeigt und beschrieben wurde, nach außen ragende Randflansche 12 aufweisen, die sich als Vorsprünge 9 am Umfang des Stapels darstellen, sondern in das Rohrinnere hineinragende Randflansche 12 sind, so führen solche nicht gezeigten aber gut bekannten Randflansche ebenfalls zur Ausbildung von Furchen 10 im Umfang des Stapels. Solche nicht gezeigten Furchen 10 können ebenfalls mittels entsprechender Anordnung von Vertiefungen 8 (Nasen 13) in der Wand 3 verschlossen werden. Darüber hinaus könnten im Querschnitt u-förmige Flachrohrhälften 2a, 2b so ineinander gestapelt sein, dass die Schenkel der einen Flachrohrhälfte nach oben und die Schenkel der anderen Flachrohrhälfte nach unten weisen, wie es beispielsweise in der DE 39 04 250 C2 gezeigt und beschrieben ist. Bei einer solchen Art der Verbindung entstehen am Umfang des Stapels Absätze, die als äquivalent mit den Furchen 10 anzusehen sind und die ebenfalls mittels entsprechender Vertiefungen 8 in der Wand 3 ausgeglichen werden können.
Außerdem sind in der Wand Erhöhungen 6 vorgesehen, die als Falten 11 ausgebildet sind. Die Falten 11 sind in ihrer Abmessung so ausgeführt, dass jeweils einer der erwähnten Vorsprünge 9 bzw. einer der nach außen ragenden Randflansche 12 in eine Falte 11 hineinpasst und somit auch dort eine dichte Lötverbindung geschaffen wird. Die Falten 11 können auch als Schlitze 7 in der Wand 3 ausgeführt sein, die eine äquivalente Lösungsmöglichkeit darstellen. Die Tiefe der Schlitze 7 in der Wand 3 hängt davon ab, wie weit der Diffusor 1 auf die Enden 4 der Wärmetauscherrohre 2 aufgeschoben wird. In 1 wurde rechts unten ein Schlitz 7 angedeutet. Der Schlitz 7 muss nicht, wie gezeigt, eine Erhöhung 6 darstellen, denn er könnte auch in der unverformten Wand 3 vorhanden sein und seinen Zweck erfüllen. Selbstverständlich könnten Schlitze 7 und Falten 11 auch beliebig kombiniert werden. Die Schlitze 7 oder Erhöhungen 6 oder Vertiefungen 8 befinden sich in den Wandabschnitten des Diffusors 1, die sich entlang den beiden Schmalseiten der flachen Wärmetauscherrohre 2 erstrecken. Die Breitseiten des Diffusors 1 sind genau wie die Breitseiten der flachen Wärmetauscherohre 2 eben ausgebildet.
In einem anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei einem Plattenwärmetauscher zwischen den Breitseiten 15 der flachen Wärmetauscherrohre 2 ein Abstand vorhanden, wie er mit dem Bezugszeichen 27 in der 2 zum besseren Verständnis angedeutet wurde. Dort erübrigen sich die Vertiefungen 8 in der Wand 3, weil keine abzuschließenden Furchen 10 am Umfang vorhanden sind. Der erwähnte Abstand 27 entspricht etwa der Höhe der nicht gezeigten Strömungskanäle für die Kühlflüssigkeit, die strömungstechnisch ebenfalls durch die hier nicht gezeigte Verformung der Flachrohrhälften 2a, 2b in sich abgeschlossen sind. Hierzu wird erneut auf das EP 0 992 756 A2 verwiesen.

Claims

Wärmetauscher mit einem Diffusor (1), um ein Medium in flache Wärmetauscherrohre (2) hineinzuführen, oder mit einem Sammelkasten, um ein Medium aus den flachen Wärmetauscherrohren (2) heraus aufzunehmen und weiterzuleiten, wobei der Diffusor (1) eine Wand (3) aufweist, die sich entlang der Enden (4) eines Stapels von flachen Wärmetauscherrohren (2) erstreckt und deren Innenseite (5) mit den Enden (4) mittels Löten dicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wand (3) umlaufend um den gesamten Umfang des Endes des Stapels erstreckt und Vertiefungen (8) und/oder Schlitze (7) und/oder Erhöhungen (6) aufweist, dass die Vertiefungen (8) mit Furchen (10) im Umfang des Stapels korrespondieren, und dass die Erhöhungen (6) und/oder Schlitze (7) mit Vorsprüngen (9) am Umfang des Stapels korrespondieren, um eine dichte Verbindung zwischen dem Umfang und der Wand (3) zu gewährleisten.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Erhöhung (6) in der Wand (3) eine Falte (11) ist, wobei jede Falte (11) in sich einen Vorsprung (9) aufnimmt, der der Randflansch (12) der aus zwei Flachrohrhälften (2a, 2b) bestehenden Wärmetauscherrohre (2) ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vertiefung (8) in der Wand (3) eine umformtechnisch hergestellte nach innen ragende Nase (13) ist, die die eine Furche (10) am Umfang des Stapels darstellende Fuge zwischen zwei Wärmetauscherrohren (2) ausfüllt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schlitz (14) in der Wand (3) gerade so dimensioniert ist, dass er einen Vorsprung (9) aufnimmt, der der Randflansch (12) der aus zwei Flachrohrhälften (2a, 2b) bestehenden Wärmetauscherrohre (2) ist.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (4) an den Breitseiten (15) der flachen Wärmetauscherrohre (2) aneinander anliegen und zu verbinden sind, wobei die Fugen (10) (Furchen) die randseitigen Nähte zwischen zwei Wärmetauscherrohren (2) sind.
Wärmetauscher nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (6) und/oder Vertiefungen (8) und/oder Schlitze (7) in den Wandabschnitten der Wand (3) angeordnet sind, die sich entlang der Schmalseiten der flachen Wärmetauscherrohre (2) erstrecken.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet; dass zwischen den Breitseiten (15) an den Enden (4) der flachen Wärmetauscherrohre (2) ein Abstand (27) vorhanden ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (3) des Diffusors (1) oder des Sammelkastens zwei Schmalwände und zwei Breitwände aufweist, dass vorzugsweise die Breitwände Verlängerungen (24) besitzen, die bis über die Enden von Abschlussplatten (22) reichen, welche den Stapel von flachen Wärmetauscherrohren (2) abdecken und verstärken.
Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (24) eine Abstufung (25) aufweisen.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 8 und 9 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussplatten (22) an den Enden Laschen (23) aufweisen, die nach der Vormontage des Wärmetauschers umgebogen werden, um an den Verlängerungen (24) anzuliegen.
Wärmetauscher nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (1) ein mittels Tiefziehen hergestelltes Teil ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als mittels Flüssigkeit gekühlter Abgaswärmetauscher in Abgasrückführungsanlagen von Kraftfahrzeugen oder als Ladeluftkühler verwendet wird.