DE102009041618A1

DE102009041618A1 - Flat tube for a heat exchanger

Info

Publication number: DE102009041618A1
Application number: DE102009041618A
Authority: DE
Inventors: Franco Ghiani
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-03-24
Also published as: EP2299223A3; EP2299223A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flachrohr für einen Wärmetauscher, umfassend einen Blechstreifen, wobei der Blechstreifen eine mehrfache Faltung um eine Längsrichtung (L) des Flachrohres aufweist, so dass durch Abschnitte (1a-1e, 2a-2e) einer Querschnittslinie des Blechstreifens eine erste lange Seitenwand (1) und eine parallel gegenüberliegende, zweite lange Seitenwand (2) des Flachrohres ausgebildet sind, wobei die erste lange Seitenwand (1) aus mehreren ersten Abschnitten (1a-1e) der Querschnittslinie ausgebildet ist, und dass die zweite Seitenwand aus mehreren zweiten Abschnitten (2a-2d) ausgebildet ist, wobei im Verlauf der Querschnittslinie die mehreren ersten Abschnitte (1a-1e) und die mehreren zweiten Abschnitte (2a-2e) abwechselnd aufeinander folgen.The invention relates to a flat tube for a heat exchanger comprising a sheet metal strip, wherein the sheet metal strip has a multiple folding around a longitudinal direction (L) of the flat tube, so that by sections (1a-1e, 2a-2e) of a cross-sectional line of the sheet metal strip, a first long side wall (1) and a parallel opposite, second long side wall (2) of the flat tube are formed, wherein the first long side wall (1) of a plurality of first portions (1a-1e) of the cross-sectional line is formed, and that the second side wall of a plurality of second sections (2a-2d) is formed, wherein in the course of the cross-sectional line, the plurality of first portions (1a-1e) and the plurality of second portions (2a-2e) alternately follow each other.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flachrohr für einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Wärmetauscher mit einem Stapel von erfindungsgemäßen Flachrohren.The invention relates to a flat tube for a heat exchanger according to the preamble of claim 1 and a heat exchanger with a stack of flat tubes according to the invention.

DE 37 25 602 A1 beschreibt ein Flachrohr für einen Wärmetauscher, bei dem ein Blechsteifen um eine Längsrichtung des Flachrohres mehrfach gefaltet ist, so dass zwei parallele Seitenwände sowie eine Mehrzahl von zwischen den Seitenwänden angeordneten Stegen zur Unterteilung des Flachrohres in mehrere, sich in der Längsrichtung erstreckende Kammern ausgebildet sind. Zumindest eine der beiden Seitenwände ist dabei als ununterbrochener, durchgängiger Teil des Blechstreifens ausgebildet. DE 37 25 602 A1 describes a flat tube for a heat exchanger in which a sheet metal stiffener is folded several times around a longitudinal direction of the flat tube, so that two parallel side walls and a plurality of webs arranged between the side walls for dividing the flat tube into a plurality, extending in the longitudinal direction chambers are formed. At least one of the two side walls is formed as a continuous, continuous part of the metal strip.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Flachrohr für einen Wärmetauscher anzugeben, das bei geringem Materialverbrauch eine hohe Festigkeit aufweist.It is the object of the invention to provide a flat tube for a heat exchanger, which has high strength with low material consumption.

Diese Aufgabe wird für ein eingangs genanntes Flachrohr erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abwechselnde Anordnung der Abschnitte erlaubt eine hohe Druckfestigkeit der hierdurch gebildeten Kammern des Flachrohres.This object is achieved according to the invention for an initially mentioned flat tube with the characterizing features of claim 1. The alternating arrangement of the sections allows a high compressive strength of the chambers of the flat tube formed thereby.

In bevorzugter Ausführungsform ist zwischen aufeinander folgenden Abschnitten der beiden Seitenwände jeweils ein Trennabschnitt ausgebildet, durch den benachbarte Kammern des Flachrohres voneinander getrennt sind. Besonders bevorzugt haben die Trennabschnitte einen zumindest abschnittsweise zu den Seitenwänden nicht senkrechten Verlauf. Bevorzugt beträgt ein Winkel zwischen dem Trennabschnitt und einer zu den Seitenwänden Senkrechten zwischen 5° und 60°, besonders bevorzugt zwischen 10° und 45°. Durch diese Anordnung und Orientierung der Trennabschnitte ist eine gute mechanische Stabilität des Flachrohrs gegeben und ein guter hydraulischer Querschnitt der durch die Trennabschnitte separierten Kammern bei gegebener Länge der Querschnittslinie ermöglicht. Insbesondere können die durch die Trennabschnitte ausgebildeten Kammern des Flachrohres einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen.In a preferred embodiment, a respective separating section is formed between successive sections of the two side walls, by which adjacent chambers of the flat tube are separated from one another. Particularly preferably, the separating sections have a course which is not perpendicular to the side walls, at least in sections. Preferably, an angle between the separating section and a perpendicular to the side walls between 5 ° and 60 °, more preferably between 10 ° and 45 °. This arrangement and orientation of the separating sections gives good mechanical stability of the flat tube and allows a good hydraulic cross section of the chambers separated by the separating sections for a given length of the cross-sectional line. In particular, the chambers of the flat tube formed by the separating sections can have a substantially triangular cross-section.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist dabei zumindest einer der Trennabschnitte einen durch eine mehrfache Faltung ausgebildeten Anlagebereich auf, der parallel zu einem benachbarten Trennabschnitt verläuft und flächig an diesem anliegt. Hierdurch ist zum einen ein großer Hub im Zuge einer mechanischen Kompression des Flachrohrs während einer Montage ermöglicht und zum anderen eine besonders flächige und somit stabile stoffschlüssige Verbindung der Anlagebereiche, zum Beispiel mittels einer Verlötung.In a particularly preferred development, at least one of the separating sections has a contact area formed by a multiple folding, which runs parallel to an adjacent separating section and rests flat against the latter. In this way, on the one hand a large stroke in the course of a mechanical compression of the flat tube during assembly allows and on the other hand a particularly flat and thus stable cohesive connection of the investment areas, for example by means of a soldering.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zumindest eine kurze Seitenwand des Flachrohrs eine zumindest doppelte Lage des Blechstreifens aufweist. Hierdurch wird die kurze Seitenwand stabilisiert und unempfindlicher, zum Beispiel gegen Steinschlag. Je nach Anforderungen kann aber auch eine nur einwandige Ausgestaltung der Seitenwände eines erfindungsgemäßen Flachrohres vorliegen.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that at least one short side wall of the flat tube has at least a double position of the sheet metal strip. As a result, the short side wall is stabilized and less sensitive, for example against falling rocks. Depending on the requirements but may also be present only single-walled design of the side walls of a flat tube according to the invention.

Allgemein vorteilhaft ist es vorgesehen, dass durch eine flächige Andruckkraft auf die parallelen langen Seitenwände eine federelastische Ausdehnung in Richtung der langen Seiten erfolgt, die durch ein Verschieben von Abschnitten der Querschnittslinie zueinander bedingt ist. Hierdurch kann allgemein eine verbesserte Anpassung und Justage des Flachrohrs während einer Montage, zum Beispiel während eines Einfügens in Durchzüge eines Bodens, erfolgen.Generally, it is provided that a resilient expansion in the direction of the long sides, which is caused by a displacement of portions of the cross-sectional line to each other by a flat pressure force on the parallel long side walls. This can generally be done an improved adjustment and adjustment of the flat tube during assembly, for example, during insertion into passages of a floor.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Blechstreifen aus einem bevorzugt beidseitig lotplattiertem Blech auf Aluminiumbasis.In a preferred embodiment, the sheet metal strip consists of a preferably double-sided solder-plated aluminum-based sheet.

Die Aufgabe der Erfindung wird für einen Wärmetauscher durch einen Wärmetauscher mit einem Stapel aus erfindungsgemäßen Flachrohren gelöst. In bevorzugter Detailgestaltung sind zwischen den Flachrohren des Stapels dabei jeweils Lagen von Rippen vorgesehen, wobei die Flachrohre und die Rippen bevorzugt durch Verlötung stoffschlüssig miteinander verbunden sind.The object of the invention is achieved for a heat exchanger by a heat exchanger with a stack of flat tubes according to the invention. In a preferred detailed design, in each case layers of ribs are provided between the flat tubes of the stack, wherein the flat tubes and the ribs are preferably connected together in a material-locking manner by soldering.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantages and features of the invention will become apparent from the embodiments described below and from the dependent claims.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described and explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt eine räumliche Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flachrohrs. 1 shows a three-dimensional view of a first embodiment of a flat tube according to the invention.

2 zeigt eine Draufsicht auf das Flachrohr aus 1 in einer Längsrichtung. 2 shows a plan view of the flat tube 1 in a longitudinal direction.

3 zeigt eine räumliche Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. 3 shows a spatial view of a second embodiment of the invention.

4 zeigt eine Draufsicht auf das Flachrohr aus 3 in einer Längsrichtung. 4 shows a plan view of the flat tube 3 in a longitudinal direction.

Das in 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt ein Flachrohr, das aus einem Blechstreifen aus beidseitig lotplattiertem Aluminiumblech hergestellt ist. Der Blechstreifen ist mehrfach um eine Längsrichtung L des Flachrohrs gefaltet, so dass durch Ausbildung mehrerer Abschnitte 1a–1e, 2a–2d eine erste lange Seitenwand 1 und eine zweite lange Seitenwand 2 sowie dazu im Wesentlichen senkrecht verlaufende kurze Seitenwände 3, 4 ausgeformt sind. This in 1 and 2 illustrated first embodiment shows a flat tube, which is made of a sheet metal strip from both sides solder-plated aluminum sheet. The metal strip is folded several times around a longitudinal direction L of the flat tube, so that by forming a plurality of sections 1a - 1e . 2a - 2d a first long side wall 1 and a second long sidewall 2 as well as substantially perpendicular short side walls 3 . 4 are formed.

Die erste lange Seitenwand 1 umfasst vorliegend fünf Abschnitte 1a–1e, und die zweite lange Seite lange Seitenwand 2 umfasst insgesamt vier Abschnitte 2a–2d.The first long sidewall 1 in the present case comprises five sections 1a - 1e , and the second long side long side wall 2 comprises a total of four sections 2a - 2d ,

2 zeigt eine Draufsicht auf den Querschnitt des Flachrohrs aus 1 bzw. eine stirnseitige Draufsicht in der Längsrichtung L. Bei Idealisierung des Blechquerschnitts als Linie zeigt 2 somit eine Querschnittslinie des Blechstreifens, die seine Faltung bei ansonsten prismatischer Form bezüglich der Längsrichtung L veranschaulicht. Durch die vorliegende erfindungsgemäße Faltung folgen die einzelnen Abschnitte 1a–1e der ersten langen Seitenwand 1 und die Abschnitte 2a–2d der zweiten langen Seitenwand 2 abwechselnd aufeinander, nämlich im konkreten Beispiel in der Abfolge 1a...2a...1b...2b...1c...2c...1d...2d...1e. 2 shows a plan view of the cross section of the flat tube 1 or a frontal plan view in the longitudinal direction L. When idealizing the sheet metal cross section as a line shows 2 Thus, a cross-sectional line of the metal strip, which illustrates its folding in otherwise prismatic shape with respect to the longitudinal direction L. By the present invention folding follow the individual sections 1a - 1e the first long side wall 1 and the sections 2a - 2d the second long side wall 2 alternately on each other, namely in the concrete example in the sequence 1a ... 2a ... 1b ... 2 B ... 1c ... 2c ... 1d ... 2d ... 1e ,

Zwischen zwei der aufeinander folgenden Abschnitte der langen Seitenwände 1, 2 ist dabei jeweils zumindest ein weiterer Abschnitt der Querschnittslinie angeordnet, der entweder als eine der kurzen Seitenwände 3, 4 oder als ein sich zwischen den parallelen langen Seitenwänden 1, 2 erstreckender Trennabschnitt 5 ausgebildet ist.Between two of the successive sections of the long side walls 1 . 2 in each case at least one further section of the cross-sectional line is arranged, either as one of the short side walls 3 . 4 or as one between the parallel long sidewalls 1 . 2 extending separating section 5 is trained.

Vorliegend sind insgesamt acht Trennabschnitte 5a–5h ausgebildet, also ein Abschnitt weniger als die Gesamtanzahl der Abschnitte der langen Seitenwände 1, 2. Durch die Trennabschnitte 5 und die kurzen Seitenwände 3, 4 werden insgesamt neun voneinander separierte Kammern 6 ausgebildet, wobei jede der Kammern 6 eine annähernd dreieckige Querschnittsform aufweist. Die Anzahl der Kammern entspricht somit der Summe der Anzahlen der Abschnitte der langen Seitenwände 1, 2.In the present case there are a total of eight separating sections 5a - 5h formed, so a section less than the total number of sections of the long side walls 1 . 2 , Through the separating sections 5 and the short side walls 3 . 4 become a total of nine separate chambers 6 formed, each of the chambers 6 has an approximately triangular cross-sectional shape. The number of chambers thus corresponds to the sum of the numbers of sections of the long side walls 1 . 2 ,

Jede der Kammern 6 hat somit zwei Seiten, die als Trennabschnitte 5 oder als kurze Seite 3, 4 ausgebildet sind sowie eine Seite, die als ein Abschnitt einer der beiden Seitenwände 1, 2 ausgebildet ist. An den Stellen, an denen zwei Trennabschnitte 5, die die Seiten einer der Kammern 6 bilden, aufeinander treffen, liegen sie über eine gegebene Länge über einen Anlagebereich 7 flächig aneinander an. Der Anlagebereich 7 ist durch eine mehrfache Faltung der Trennabschnitte 5 ausgebildet, die zusätzlich zu ihren Faltungen am Übergang zu einem Abschnitt der Seitenwände 1, 2 bis zu zwei zusätzliche Faltungen bzw. Abknickungen aufweisen können, siehe etwa Trennabschnitt 5c und Trennabschnitt 5f.Each of the chambers 6 thus has two sides, which as separating sections 5 or as a short side 3 . 4 are formed as well as a side, as a section of one of the two side walls 1 . 2 is trained. In the places where two dividing sections 5 covering the sides of one of the chambers 6 form, meet one another, they lie over a given length over an investment area 7 flat against each other. The investment area 7 is by a multiple folding of the separating sections 5 formed in addition to their folds at the transition to a section of the side walls 1 . 2 can have up to two additional folds or kinks, see about separation section 5c and separating section 5f ,

Die Trennabschnitte sind gegenüber einer Senkrechten zu den langen Seitenwänden 1, 2 jeweils um einen Winkel W geneigt. Der Winkel W beträgt im vorliegend dargestellten, maßstabsgerechten Beispiel nach 2 zwischen etwa 15° und etwa 25° je nach Trennabschnitt.The separating portions are opposite to a perpendicular to the long side walls 1 . 2 each inclined by an angle W. The angle W is in the presently shown, to scale example 2 between about 15 ° and about 25 ° depending on the separation section.

Durch die gewinkelte Ausbildung der Trennabschnitte 5 sowie die Anlagebereiche 7 ist das vorliegende Flachrohr in besonderem Maße geeignet, bei Ausübung einer flächigen Andruckkraft auf die langen Seitenwände 1, 2 eine federelastische Ausdehnung in Richtung der langen Seiten 1, 2 zu vollziehen, wobei sein Durchmesser in Richtung der kurzen Seiten 3, 4 verringert wird, zum Beispiel unter Aufwölbung oder Schrägstellung der kurzen Seiten 3, 4. Dabei sorgen insbesondere die Anlagebereiche 7 auf Grund ihrer gegebenen Länge dafür, dass auch bei einer solchen federelastischen Ausdehnung an jeder Kontaktstelle der einzelnen Abschnitte eine sichere Verlötung gewährleistet ist, indem eine Verschiebung von Abschnitten der Querschnittslinie zueinander erfolgt. Es versteht sich, dass diese federelastische Ausdehnung nur in einem relativ kleinen Verhältnis zur Ausdehnung des Flachrohrs erfolgt, was jedoch zum Ausgleich von Maßtoleranzen bei der Fertigung des Flachrohrs sowie das Flachrohr aufnehmender Strukturen wie etwa Durchzüge von Böden von Sammlern etc. vorteilhaft ist.Due to the angled design of the separating sections 5 as well as the investment areas 7 the present flat tube is particularly suitable when exerting a planar pressure force on the long side walls 1 . 2 a resilient extension towards the long sides 1 . 2 to perform, with its diameter in the direction of the short sides 3 . 4 is reduced, for example, under buckling or tilting of the short sides 3 . 4 , In particular, the investment areas provide 7 due to their given length, that even with such a resilient expansion at each contact point of each section a secure soldering is ensured by a shift of sections of the cross-sectional line is made to each other. It is understood that this resilient expansion takes place only in a relatively small proportion to the expansion of the flat tube, but this is advantageous to compensate for dimensional tolerances in the manufacture of the flat tube and the flat tube receiving structures such as passages of trays of collectors, etc.

Zur Ausbildung eines Wärmetauschers mit dem gezeigten erfindungsgemäßen Flachrohr werden mehrere der Flachrohre alternierend mit Lagen von Rippenblechen, zum Beispiel Stegrippen oder Wellrippen, aufeinander gestapelt. Die Enden der Flachrohre werden in geeignete Durchzüge von Böden von Sammlern des Wärmetauschers eingeführt, wonach zumindest die Böden, die Flachrohre und die Rippenbleche als gemeinsamer kassettierter Block in einem Lötofen miteinander verlötet werden. Dabei werden in den Anlagebereichen 7 die einzelnen Abschnitte stoffschlüssige miteinander verbunden, so dass jede einzelne der Kammern 6 des Flachrohrs fluiddicht und druckfest ausgebildet ist.To form a heat exchanger with the illustrated flat tube according to the invention, several of the flat tubes are stacked on top of one another alternately with layers of rib plates, for example rib ribs or corrugated ribs. The ends of the flat tubes are inserted into suitable passages of trays of collectors of the heat exchanger, after which at least the trays, the flat tubes and the fin plates are brazed together as a common cassette block in a brazing furnace. This will be in the investment areas 7 the individual sections are materially interconnected, so that each one of the chambers 6 the flat tube is formed fluid-tight and pressure-resistant.

3 und 4 zeigen ein gegenüber 1 und 2 abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem als einziger Unterschied nicht die endseitigen Trennabschnitte 5a und 5h die beiden Enden der Querschnittslinie bilden, sondern jeweils eine Verlängerung 3a, 4a parallel zu den kurzen Seitenwänden 3, 4 vorliegt. Somit sind die Seitenwände 3, 4 als doppelte, flächig verlötete Lage von Aluminiumblech ausgebildet. Dies stabilisiert die kurzen Seitenwände 3, 4 und schützt gegen eine Perforation des Flachrohrs, zum Beispiel durch Steinschlag. Die Herstellung erfolgt durch Rollen oder Falten in Längs- oder Querrichtung, wobei kombinierte Herstellungsverfahren möglich sind. Es ist denkbar, die einzelnen Abschnitte mit Strukturierungen zur Erzeugung von Turbulenzen zu versehen. Im Fall der Abschnitte der Seitenwände 1, 2 kann dies durch eingeprägte Winglets, Noppen oder Ähnliches erfolgen. Im Fall der Trennabschnitte 5 können alternativ oder ergänzend zu solchen Einprägungen auch Durchbrechungen vorliegen. 3 and 4 show one opposite 1 and 2 modified embodiment in which the only difference not the end-side separating sections 5a and 5h form the two ends of the cross-sectional line, but each an extension 3a . 4a parallel to the short side walls 3 . 4 is present. Thus, the side walls 3 . 4 designed as a double, surface soldered layer of aluminum sheet. This stabilizes the short side walls 3 . 4 and protects against perforation of the flat tube, for example by falling rocks. The Production takes place by rolling or folding in the longitudinal or transverse direction, whereby combined production methods are possible. It is conceivable to provide the individual sections with structures for generating turbulence. In the case of the sections of the sidewalls 1 . 2 This can be done by embossed winglets, nubs or the like. In the case of separating sections 5 Alternatively or in addition to such embossments, apertures may also be present.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3725602 A1 [0002]

Claims

Flat tube for a heat exchanger, comprising a metal strip, wherein the metal strip has a multiple folding around a longitudinal direction (L) of the flat tube, so that through sections ( 1a - 1e . 2a - 2e ) a cross-sectional line of the sheet metal strip, a first long side wall ( 1 ) and a substantially opposite, second long side wall ( 2 ) of the flat tube, characterized in that the first long side wall ( 1 ) from several first sections ( 1a - 1e ) of the cross-sectional line is formed, and that the second side wall of a plurality of second sections ( 2a - 2d ) is formed, wherein in the course of the cross-sectional line, the plurality of first sections ( 1a - 1e ) and the several second sections ( 2a - 2e ) alternately follow each other.

Flat tube according to claim 1, characterized in that between successive sections of the two long side walls ( 1 . 2 ) a separating section ( 5 ) is formed by the adjacent chambers ( 6 ) of the flat tube are separated from each other.

Flat tube according to claim 2, characterized in that the separating sections ( 5 ) at least in sections to the side walls ( 1 . 2 ) do not have vertical course.

Flat tube according to claim 3, characterized in that an angle between the separating section ( 5 ) and a perpendicular to the long side walls ( 1 . 2 ) between 5 ° and 60 °, in particular between 10 ° and 45 °.

Flat tube according to one of claims 2 to 4, characterized in that at least one of the separating sections ( 5 ) an investment area formed by a multiple folding ( 7 ) which is parallel to an adjacent separation section ( 5 ) runs and flat on this rests.

Flat tube according to one of the preceding claims, characterized in that at least one short side wall ( 1 . 2 ) of the flat tube has at least a double position of the sheet metal strip.

Flat tube according to one of the preceding claims, characterized in that by a two-dimensional pressure force on the parallel long side walls ( 1 . 2 ) a resilient extension in the direction of the long sides ( 1 . 2 ), which is due to a displacement of sections of the cross-sectional line to each other.

Flat tube according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet metal strip consists of a double-sided solder-plated sheet based on aluminum or stainless steel.

Heat exchanger comprising a stack of flat tubes according to one of the preceding claims.

Heat exchanger according to claim 9, characterized in that respective layers of ribs are provided between the flat tubes of the stack, wherein in particular the flat tubes and the ribs are connected to one another in a material-locking manner by soldering.

Flat tube for a heat exchanger, comprising a metal strip, wherein the metal strip has a multiple folding around a longitudinal direction (L) of the flat tube, so that through sections ( 1a - 1e . 2a - 2e ) a cross-sectional line of the sheet metal strip, a side wall ( 1 ) and advantageously a substantially opposite, second side wall ( 2 ) of the round or oval tube, characterized in that the first side wall ( 1 ) from several first sections ( 1a - 1e ) of the cross-sectional line is formed, and that the second side wall of a plurality of second sections ( 2a - 2e ) is formed, wherein in the course of the cross-sectional line, the plurality of first sections ( 1a - 1e ) and the several second sections ( 2a - 2e ) alternately follow each other.