DE102014200794A1 - Header, heat exchanger and method of making a header - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Sammelrohr (2) für einen Wärmeübertrager, umfassend zumindest eine Rohreschale (10) und einen Rohrboden (11), welche miteinander verbunden eine Leitungskammer (3) zur Führung einer Strömung eines Kühlmittels ausbilden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an der Rohreschale (10) Halterungen (7) für den Wärmeübertrager ausgebildet sind und/oder die Querschnittsfläche der Leitungskammer (3) eine rundliche, konvexe Form mit einer langen Hauptquerachse (12) und einer kurzen Nebenquerachse (13) aufweist.The invention relates to a collecting pipe (2) for a heat exchanger, comprising at least one pipe shell (10) and a tube bottom (11), which together form a conduit chamber (3) for guiding a flow of a coolant. According to the invention, supports (7) for the heat exchanger are formed on the pipe shell (10) and / or the cross-sectional area of the conduit chamber (3) has a rounded, convex shape with a long main transverse axis (12) and a short minor transverse axis (13) ,
Description
Die Erfindung betrifft ein Sammelrohr für einen Wärmeübertrager, umfassend zumindest eine Rohreschale und einen Rohrboden, welche miteinander verbunden insbesondere eine einzige Leitungskammer zur Führung einer Strömung eines Kühlmittels entlang der Längserstreckung der Leitungskammer ausbilden. The invention relates to a collecting pipe for a heat exchanger, comprising at least one pipe shell and a tube plate, which, connected to one another, in particular form a single line chamber for guiding a flow of a coolant along the longitudinal extent of the line chamber.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Wärmeübertrager, insbesondere Gaskühler für Kohlendioxid als Kältemittel, umfassend zwei Sammelrohre mit jeweils einer Leitungskammer, wobei die Sammelrohre einen vorbestimmten Abstand zueinander aufweisen und parallel zueinander orientiert sind, weiter umfassend eine Vielzahl von Rohren zum Verbinden der Leitungskammern der beiden Sammelrohre, wobei die Sammelrohre an einander zugewandten Seiten Durchlassöffnungen aufweisen, an denen wiederum die Rohre angeschlossen sind. Furthermore, the invention relates to a heat exchanger, in particular gas cooler for carbon dioxide as a refrigerant, comprising two manifolds, each with a conduit chamber, wherein the manifolds have a predetermined distance from each other and are oriented parallel to each other, further comprising a plurality of tubes for connecting the conduit chambers of the two manifolds, wherein the headers have on mutually facing sides passage openings, to which in turn the tubes are connected.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines aus einer Rohreschale und einem Rohrboden zusammengesetzten Sammelrohres. Finally, the invention also relates to a method for producing a composite of a pipe shell and a tube plate manifold.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art sind aus der Druckschrift
Es ist weiterhin durch die Druckschrift
Einen weiteren Wärmetauscher mit einem aus zwei Teilen zusammengesetzten Sammelrohr zeigt die Druckschrift
Auch durch umweltpolitischen Einfluss wird die Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel in Klimaanlagen, insbesondere bei Fahrzeugen, eingesetzt. Kohlendioxid, auch als R-744 bezeichnet, wird bei ungefähr 120 bar jedoch mit einem sehr viel höheren Betriebsdruck verwendet als herkömmliche Kältemittel, wie beispielsweise R-134a oder R-1234yf, deren Betriebsdruck oft bei 30 bar liegt. Dieser höhere Betriebsdruck erfordert auch einen entsprechend gesteigerten technischen Anspruch an die Komponenten des Klimakreislaufes. The use of carbon dioxide as a refrigerant in air conditioning systems, in particular in vehicles, is also used by environmental influence. Carbon dioxide, also referred to as R-744, is used at about 120 bar, but at a much higher operating pressure than conventional refrigerants, such as R-134a or R-1234yf, which often operate at 30 bar. This higher operating pressure also requires a correspondingly increased technical demands on the components of the air conditioning circuit.
Darüber hinaus ist es für einen Einsatz von Kohlendioxid als Kältemittel in einer Klimaanlage eines Fahrzeugs erforderlich, die Komponenten des Klimakreislaufes so zu gestalten, dass sie in hohen Stückzahlen und auf einfache Weise, vorzugsweise mit einem hohen Automatisierungsgrad, hergestellt werden können. Moreover, for the use of carbon dioxide as a refrigerant in an air conditioning system of a vehicle, it is necessary to design the components of the air conditioning circuit so that they can be manufactured in large numbers and in a simple manner, preferably with a high degree of automation.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass die Komponenten des Klimakreislaufes für den Einsatz von Kohlendioxid als Kältemittel möglichst einfach, mit geringer Komplexität und unter Aufwendung geringer fixer und variabler Kosten herstellbar sind. Against this background, the invention has the object, a device and a method of the type mentioned in such a way that the components of the air conditioning circuit for the use of carbon dioxide as a refrigerant as simple as possible, with low complexity and with the expenditure of low fixed and variable costs can be produced ,
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. This object is achieved with a device according to the features of
Erfindungsgemäß ist also ein Sammelrohr für einen Wärmeübertrager vorgesehen, bei dem an der Rohreschale Halterungen für den Wärmeübertrager ausgebildet sind und/oder die Querschnittsfläche der Leitungskammer eine rundliche, konvexe Form mit einer langen Hauptquerachse und einer kurzen Nebenquerachse aufweist. Durch die besondere Form der Querschnittsfläche ist es möglich, einerseits eine hohe Druckfestigkeit zu erreichen und andererseits den Wirkungsgrad des Wärmeübertragers positiv zu beeinflussen. Die ovale Form, welche in einer bevorzugten Ausführungsform eine Ellipse ist, ermöglicht es, den hohen Innendruck aufzunehmen und Spannungen in dem Bauteil gering zu halten. According to the invention, therefore, a collecting pipe is provided for a heat exchanger, in which holders for the heat exchanger are formed on the pipe shell and / or the cross-sectional area of the conduit chamber has a rounded, convex shape with a long main transverse axis and a short secondary transverse axis. Due to the special shape of the cross-sectional area, it is possible, on the one hand, to achieve a high compressive strength and, on the other hand, to positively influence the efficiency of the heat exchanger. The oval shape, which is an ellipse in a preferred embodiment, allows to accommodate the high internal pressure and to keep stresses in the component low.
Günstig ist es, dass das Verhältnis von langer Hauptquerachse zu kurzer Nebenquerachse der Querschnittsfläche der Leitungskammer in einem Bereich von 2 bis 4 liegt und vorzugsweise 3 beträgt. Dieses Verhältnis hat sich als besonders geeigneter Kompromiss zwischen einer für einen hohen Innendruck günstigen kreisrunden und einer für die Fertigung vorteilhaften polygonalen Form der Querschnittsfläche gezeigt. Die Hauptquerachse misst vorzugsweise 15 Millimeter und die Nebenquerachse misst vorzugsweise 5 Millimeter. It is favorable that the ratio of long main transverse axis to short secondary transverse axis of Cross-sectional area of the conduit chamber is in a range of 2 to 4, and preferably is 3. This ratio has proved to be a particularly suitable compromise between a circular which is favorable for a high internal pressure and a polygonal shape of the cross-sectional area which is advantageous for the production. The main transverse axis preferably measures 15 millimeters and the minor transverse axis preferably measures 5 millimeters.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die Wandstärke von Rohreschale und Rohrboden identisch ist beziehungsweise maximal um 30 Prozent voneinander abweicht. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Wandstärke an den meisten Abschnitten des Umfangs 3 Millimeter. Hieraus ergibt sich somit eine bevorzugte Ausführungsform, deren größtes Außenmaß parallel zur Hauptquerachse 22 Millimeter und deren größtes Außenmaß parallel zur Nebenquerachse 11 Millimeter beträgt. Das Verhältnis von Außengeometrie zur Innengeometrie ist an der größten Erstreckung parallel zur Hauptquerachse in einem Bereich von 1,2 bis 1,6, vorzugsweise 1,46. Das Verhältnis von Außengeometrie zur Innengeometrie ist an der größten Erstreckung parallel zur Nebenquerachse in einem Bereich von 2 bis 2,4, vorzugsweise 2,2. It is particularly advantageous that the wall thickness of the pipe shell and tube sheet is identical or deviates from each other by a maximum of 30 percent. In one embodiment, the wall thickness at most portions of the circumference is 3 millimeters. This results in a preferred embodiment, the largest external dimension is parallel to the main transverse axis 22 millimeters and the largest external dimension parallel to the minor
Erfindungsgemäß ist die Trennebene quer zur kurzen Nebenquerachse orientiert. Hierdurch steht für die Anbindung der Rohre an das Sammelrohr eine große Raumtiefe und entsprechend eine lange Verbindungslinie zur Verfügung, was die Festigkeit der Verbindung verbessert. Gleichzeitig erfährt der Strömungsquerschnitt des Wärmeübertragers durch die Orientierung von Hauptquerachse und Nebenquerachse eine geringe Einschränkung. Dies verbessert den Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit des Wärmeübertragers. Die Trennebene ist parallel zu einer von den Kanten von Rohreschale beziehungsweise Rohrboden aufgespannte Ebene definiert, wobei hier die einander und dem Innenraum des Sammelrohres zugewandten Kanten maßgeblich sind. Vorzugsweise ist die Trennebene parallel zur langen Hauptachse orientiert. According to the invention, the parting plane is oriented transversely to the short secondary transverse axis. As a result, a large space depth and correspondingly a long connecting line is available for connecting the pipes to the collecting pipe, which improves the strength of the connection. At the same time, the flow cross-section of the heat exchanger undergoes little restriction due to the orientation of the main transverse axis and the secondary transverse axis. This improves the efficiency and performance of the heat exchanger. The parting plane is defined parallel to a plane spanned by the edges of the pipe shell or tube sheet, in which case the edges facing one another and the interior of the collecting pipe are decisive. Preferably, the parting plane is oriented parallel to the long main axis.
Durch die Ausbildung von Halterungen an der Rohreschale wird nicht nur die Anzahl der Einzelteile für ein Sammelrohr beziehungsweise für einen Wärmeübertrager reduziert und somit die Herstellung vereinfacht. Die einstückige Ausbildung von Halterungen und Rohreschale trägt darüber hinaus auch zur Festigkeit des Gesamtsystems bei. Hierbei bietet es sich an, dass der Rohrboden mit den Halterungen durch Urformen, insbesondere Extrudieren, hergestellt ist. The formation of brackets on the pipe shell not only reduces the number of items for a manifold or a heat exchanger and thus simplifies the production. The one-piece design of brackets and pipe shell also contributes to the strength of the overall system. It makes sense that the tube plate with the brackets by Urformen, especially extruding, is made.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Halterungen quer zur langen Hauptquerachse orientiert. According to a preferred embodiment, the brackets are oriented transversely to the long main transverse axis.
Durch die erfindungsgemäße Integration der Halterungen in das Sammelrohr beziehungsweise monolithisch in die Rohreschale, ist ein zusätzlich zu montierender Halter obsolet. The inventive integration of the brackets in the manifold or monolithic in the pipe shell, an additional holder to be mounted obsolete.
Das Sammelrohr hat einen Innenraum, auch Leitungskammer genannt, welcher durch den Rohrboden, die Rohreschale und darüber hinaus an den Enden der Längserstreckung des Sammelrohres durch Verschlusskappen begrenzt ist. The manifold has an interior, also called a conduit chamber, which is bounded by the tube sheet, the pipe shell and beyond at the ends of the longitudinal extent of the manifold by sealing caps.
In dem Rohrboden sind Löcher zum Anschluss von als Flachrohre ausgeführten Rohren vorgesehen, welche zur Übertragung der Wärmeenergie mit Lamellen und/oder Rippen verbunden sind. In der Rohreschale kann eine Durchbrechung für eine Anschlussleitung eingebracht sein. In the tubesheet holes are provided for connecting tubes designed as flat tubes, which are connected to the transmission of heat energy with fins and / or ribs. In the pipe shell, an opening can be introduced for a connection line.
Als besonders günstig erwiesen hat es sich, dass die Rohreschale und der Rohrboden aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium, bestehen, wobei die Rohreschale aus einem durch Urformen, vorzugsweise Strangpressen oder Extrusion, hergestellten Profil besteht und/oder der Rohrboden aus einem, vorzugsweise mit Lot platiniertem, Blech hergestellt ist. Hierdurch ist es möglich, dass der Rohrboden in eine geometrisch einfache Form gebracht wird und dafür die Rohreschale eine für die Verbindung von Rohrboden und Rohreschale komplexe geometrische Form aufweist, welche in einem Urformprozess leichter zu realisieren ist. Darüber hinaus kann das quasi endlos hergestellte Profil der Rohreschale auf einfache Weise an unterschiedliche Typen angepasst werden. So können die Durchlassöffnungen, beispielsweise mittels Bohren oder Fräsen, je nach typbedingter Anzahl und Positionierung in die Rohreschale eingebracht werden. Auch die Halterungen können durch partielles Entfernen von Abschnitten des Profilsteges typenspezifisch ausgebildet werden. Has proved to be particularly favorable, that the pipe shell and the tube sheet made of a metal, preferably made of aluminum, wherein the pipe shell consists of a primary, preferably extrusion or extrusion, produced profile and / or the tube sheet of one, preferably with Lot platiniertem, sheet metal is manufactured. This makes it possible that the tube sheet is brought into a geometrically simple shape and for the pipe shell has a complex for the connection of tube sheet and pipe shell geometric shape, which is easier to implement in a primary molding process. In addition, the virtually endless manufactured profile of the pipe shell can be easily adapted to different types. Thus, the passage openings, for example by drilling or milling, depending on the type-related number and positioning in the pipe shell can be introduced. Also, the brackets can be formed by partial removal of sections of the profile web type-specific.
Es hat sich als praktisch erwiesen, dass die Rohreschale und der Rohrboden quer zur kurzen Nebenquerachse der Querschnittsfläche der Leitungskammer orientiert sind. Somit ist der Verbindungsbereich auf der schmalen Seite des Sammelrohres angeordnet, wo für diesen ausreichend Platz ist. An der langen Seite des Sammelrohres finden nunmehr die Öffnungen für die Rohre beziehungsweise die Halterungen ausreichend Raum. It has proved to be practical that the tube shell and the tube plate are oriented transversely to the short secondary transverse axis of the cross-sectional area of the line chamber. Thus, the connection region is arranged on the narrow side of the manifold, where there is sufficient space for this. On the long side of the manifold now find the openings for the pipes or brackets enough space.
Der Verbindungsbereich ist an beiden Verbindungkanten der Rohreschale als ein L-förmiger Absatz mit einem distalen Flansch ausgeführt. Die Verbindungkanten des Rohrbodens werden innen anliegend an den Flanschen an dem Rohrboden positioniert und durch das Aufschmelzen und mittels Löten miteinander verbunden. The connecting portion is designed at both connecting edges of the pipe shell as an L-shaped shoulder with a distal flange. The connecting edges of the tubesheet are positioned on the tubesheet, adjacent to the flanges, and joined together by reflowing and soldering.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 6. Der Unteranspruch betrifft eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung. The object is further achieved with a device according to the features of
Erfindungsgemäß ist also ein Wärmeübertrager vorgesehen, bei dem die Querschnittsfläche zumindest einer der beiden Leitungskammern eine rundliche, konvexe Form mit einer langen Hauptquerachse und einer kurzen Nebenquerachse aufweist und/oder zumindest eines der beiden Sammelrohre zweiteilig aus einer Rohreschale und einen Rohrboden zusammengesetzt ist. Die Teilungsebene des Sammelrohres ist vorzugsweise quer zur kurzen Nebenquerachse orientiert. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, kostengünstig einen effizienten Gaskühler bereitzustellen. According to the invention, therefore, a heat exchanger is provided in which the cross-sectional area of at least one of the two conduit chambers has a round, convex shape with a long main transverse axis and a short minor transverse axis and / or at least one of the two manifolds is composed in two parts of a tube shell and a tubesheet. The dividing plane of the collecting tube is preferably oriented transversely to the short secondary transverse axis. This configuration makes it possible to provide an efficient gas cooler at low cost.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist es, dass die Rohre quer zur langen Hauptquerachse der Querschnittsfläche der Leitungskammer zumindest eines der beiden Sammelrohre, vorzugsweise beider Sammelrohre, orientiert sind. Hierdurch steht bei identischer Bauteilbreite des Wärmeübertragers ein großer Strömungsquerschnitt zur Verfügung. Dieser wird durch die Sammelrohre nur wenig eingeengt. An advantageous development is that the tubes are oriented transversely to the long main transverse axis of the cross-sectional area of the conduit chamber of at least one of the two manifolds, preferably both manifolds. As a result, a large flow cross-section is available with identical component width of the heat exchanger. This is only slightly restricted by the headers.
Die Aufgabe wird auch gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 8. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. The object is also achieved by a method according to the features of
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Herstellung eines zweiteiligen, zusammengesetzten Sammelrohres vorgesehen, bei dem zur Erzeugung der Rohreschale in einem Urformprozess, insbesondere Extrusion, ein Profil, insbesondere mit einer Schale und einem Steg, erzeugt wird, und zur Erzeugung des Rohrbodens in einem Umformprozess in ein mit Lot platiniertes Blech Durchlassöffnungen eingebracht werden und das Blech räumlich geformt wird, wobei nach dem Erzeugen von Rohreschale und Rohrboden diese zusammengesetzt werden und anschließend durch eine Erwärmung des Lots aneinander fixiert werden. Hierdurch weisen die einzelnen Teile eine geringere Komplexität auf und auch die Anzahl der erforderlichen Bauteile ist gegenüber dem Stand der Technik geringer. According to the invention, therefore, a method is provided for producing a two-part, composite collecting tube in which a profile, in particular with a shell and a web, is produced for producing the tube shell in a primary shaping process, in particular extrusion, and for producing the tube bottom in a forming process a platinum-plated with sheet metal passage openings are introduced and the sheet is spatially formed, wherein after the production of pipe shell and tube sheet, these are assembled and then fixed by heating the solder to each other. As a result, the individual parts have a lower complexity and also the number of required components is lower compared to the prior art.
In dem Profil kann vor dem Zusammensetzen eine Durchbrechung für eine Anschlussleitung eingebracht werden. In the profile, an opening for a connecting line can be introduced before assembly.
Auch ist es möglich, an der Außenseite der Schale einen Steg vorzusehen. Das Profil mit Steg wird dann nachbearbeitet, wobei durch ein Entfernen einzelner Abschnitte des Steges die Kontur wenigstens eines Halters freigestellt wird. Zu dieser Erzeugung des Halters wird der zu entfernende Abschnitt aus dem Profil durch ein Trennverfahren, wie Schneiden, Stanzen und/oder Fräsen entfernt. It is also possible to provide a web on the outside of the shell. The profile with web is then reworked, wherein the contour of at least one holder is released by removing individual portions of the web. For this generation of the holder, the portion to be removed from the profile by a separation method, such as cutting, punching and / or milling removed.
Verschlusskappen, welche in Längsrichtung des Sammelrohres die Leitungskammer abschließen, werden vorzugsweise nach der Bearbeitung von Rohreschale beziehungsweise Rohrboden, jedoch vor oder bei dem Zusammensetzen von Rohreschale und Rohrboden in der Rohreschale und/oder in dem Rohrboden angeordnet. Die Verschlusskappen werden vorzugsweise wie der Rohrboden in einem Stanz-Biege-Prozess hergestellt. Sie bestehen vornehmlich aus einem Aluminiumblech und sind mit Lot platiniert. Closure caps, which close the conduit chamber in the longitudinal direction of the collecting tube, are preferably arranged after the processing of the tube shell or tube bottom, but before or during the assembly of the tube shell and tubesheet in the tube shell and / or in the tubesheet. The closure caps are preferably produced like the tubesheet in a stamping and bending process. They consist primarily of an aluminum sheet and are platinum plated with solder.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in The invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in
Die
Für die Herstellung der Rohreschale
Zur Erzeugung des Rohrbodens
Nach dem Erzeugen von Rohreschale
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Wärmeübertrager Heat exchanger
- 22
- Sammelrohr manifold
- 33
- Leitungskammer line chamber
- 44
- Rohr pipe
- 55
- Netz network
- 66
- Durchlassöffnung Port
- 77
- Halterung bracket
- 88th
- Anschlussleitung connecting cable
- 99
- Verschlusskappe cap
- 1010
- Rohreschale pipes shell
- 1111
- Rohrboden tube sheet
- 1212
- Hauptquerachse Main transverse axis
- 1313
- Nebenquerachse In addition to the transverse axis
- 1414
- Teilungsebene parting plane
- 1515
- Schale Bowl
- 1616
- Steg web
- 1717
- Blech sheet
- 1818
- Flansch flange
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102008035358 A1 [0005] DE 102008035358 A1 [0005]
- EP 1298401 A2 [0006] EP 1298401 A2 [0006]
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CN110762907A (en) * | 2019-11-29 | 2020-02-07 | 南京协众汽车空调集团有限公司 | Collecting pipe of automobile air conditioner evaporator |
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