DE102015014047A1 - Tube sheet and heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Rohrboden (1) für einen Wärmetauscher, mit wenigstens einer Reihe von ersten Öffnungen (10) zur Aufnahme von Rohrenden der Rohre (2) des Wärmetauschers, sowie mit wenigstens zwei zweiten Öffnungen (20), je eine an beiden gegenüberliegenden Enden des Rohrbodens (1) angeordnet, zur Aufnahme und Befestigung eines Endes eines ersten Stabilitätsorgans (3a), wie beispielsweise eines Seitenteils des Wärmetauschers. Um den Rohrboden stabiler auszubilden und um durch Temperaurwechsel verursachte Brüche kostengünstig zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung vorgesehen, dass innerhalb der Reihe aus ersten Öffnungen (10) wenigstens eine dritte Öffnung (30) vorhanden ist, in der jeweils ein Ende eines zweiten Stabilitätsorgans (3b) befestigt ist. Alternativ kann auch innerhalb der Reihe aus ersten Öffnungen (10) ein öffnungsloser Abschnitt (4) vorhanden sein, der sich in Längsrichtung des Rohrbodens (1) wenigstens über mehrere Rohrabstände erstreckt. Ferner wird auch ein mit solchen Rohrböden (1) ausgerüsteter Wärmetauscher mit zwei Sammelkästen (6) vorgeschlagen. In einem Sammelkasten 6 befindet sich eine Trennwand 7, die den Sammelkasten 6 in einen eintrittsseitigen Teil 6a und einen austrittsseitigen Teil 6b aufteilt. Nahe bei der Trennwand 7 sind die zweiten Stabilitätsorgane 3b angeordnet.The invention relates to a tube plate (1) for a heat exchanger, having at least one row of first openings (10) for receiving tube ends of the tubes (2) of the heat exchanger, and at least two second openings (20), one at each of two opposite ends the tube bottom (1) arranged to receive and fix one end of a first stability member (3a), such as a side part of the heat exchanger. In order to make the tube sheet more stable and to inexpensively avoid fractures caused by temperature change, it is provided according to the invention that at least one third opening (30) is present within the row of first openings (10), in each case one end of a second stability member ( 3b) is attached. Alternatively, within the row of first openings (10) there may also be an opening-free section (4) which extends in the longitudinal direction of the tube bottom (1) at least over a plurality of tube spacings. Furthermore, a heat exchanger equipped with such tube sheets (1) with two collecting boxes (6) is also proposed. In a collecting box 6 there is a partition wall 7 which divides the collecting box 6 into an inlet-side part 6a and an outlet-side part 6b. Close to the partition wall 7, the second stability elements 3b are arranged.
Description
Die Erfindung betrifft einen Rohrboden für einen Wärmetauscher und einen Wärmetauscher, der solche Rohrböden aufweist und mit weiteren in den jeweiligen Oberbegriffen der Patentansprüche angegebenen Merkmalen.The invention relates to a tube plate for a heat exchanger and a heat exchanger having such tube plates and with further specified in the respective preambles of the claims characteristics.
Aus
Die Merkmale aus den erwähnten Oberbegriffen gehen nicht alle aus dem genannten und beschriebenen Stand der Technik hervor. Der beschriebene Kühler besitzt zum Beispiel keine Stabilitätsorgane, also keine Seitenteile, und demnach auch keine zweiten Öffnungen in den Rohrböden. Die Merkmale der Oberbegriffe sind jedoch bei Wärmetauschern seit längerem allgemein üblich.The features of the abovementioned generic terms do not all come from the cited and described prior art. The cooler described has, for example, no stability organs, that is no side parts, and therefore also no second openings in the tubesheets. However, the features of the preambles have long been common practice in heat exchangers.
Bei Wärmetauschern dieses altbekannten Typs hat man in jüngster Zeit beobachtet, dass sich Materialbrüche manifestiert haben, die zum Totalausfall des Wärmetauschers führen können.In heat exchangers of this well-known type has recently been observed that material fractures have manifested that can lead to total failure of the heat exchanger.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die erwähnten Probleme auf möglichst einfache und kostensparende Art und Weise zumindest abzuschwächen oder gar vollständig zu eliminieren.The object of the invention is to at least mitigate or even completely eliminate the problems mentioned in the simplest possible and cost-saving manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Rohrboden für einen Wärmetauscher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 3 aufweist und auch mit einem Wärmetauscher mit solchen Rohrböden gemäß Patentanspruch 5.This object is achieved with a tubesheet for a heat exchanger having the features of
Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt ist bezüglich des Rohrbodens für einen Wärmetauscher mit wenigstens einer Reihe von ersten Öffnungen zur Aufnahme von Rohrenden des Wärmetauschers sowie mit wenigstens zwei zweiten Öffnungen, je eine an beiden gegenüberliegenden Enden des Rohrbodens, zur Aufnahme und Befestigung eines Endes eines ersten Stabilitätsorgans, wie beispielsweise eines Seitenteils des Wärmetauschers, vorgesehen, dass innerhalb der Reihe aus ersten Öffnungen wenigstens eine dritte Öffnung angeordnet ist, in der jeweils ein Ende eines zweiten Stabilitätsorgans befestigt ist.According to an aspect of the invention, with respect to the tube bottom, a heat exchanger having at least one row of first openings for receiving tube ends of the heat exchanger and at least two second openings, one at both opposite ends of the tubesheet, for receiving and securing one end of a first stability member, such as a side part of the heat exchanger, provided that within the series of first openings at least a third opening is arranged, in each of which one end of a second stability member is attached.
Eine zweite oder alternative Lösung bezüglich des Rohrbodens sieht erfindungsgemäß vor, innerhalb der Reihe aus ersten Öffnungen einen öffnungslosen Abschnitt, also einen Abschnitt ganz ohne Öffnungen, anzuordnen, der sich in Längsrichtung des Rohrbodens wenigstens über mehrere Rohrabstände erstreckt. Einseitig oder beidseitig des Abschnitts
Es mag nicht gerade bevorzugt, jedoch durchaus möglich sein, an ein und demselben Wärmetauscher sowohl den Vorschlag gemäß Patentanspruch 1 als auch – an einer anderen Stelle des Wärmetauschers – den Vorschlag gemäß Patentanspruch 3 umzusetzen.It may not be preferred, but quite possible, on the same heat exchanger both the proposal according to
Die dritte Öffnung besteht in einem besonders bevorzugten Anwendungsfall des Wärmetauschers aus zwei relativ nahe zueinander angeordneten dritten Öffnungen, wobei ein weiteres bzw. ein zweites (zweites) Stabilitätsorgan vorhanden ist, dessen Ende in der zweiten der dritten Öffnungen befestigt ist. Zwischen den zwei zweiten Stabilitätsorganen wird eine Wellrippe angeordnet.The third opening consists in a particularly preferred application of the heat exchanger of two relatively close to each other arranged third openings, wherein a further or a second (second) stability member is present, the end of which is fixed in the second of the third openings. Between the two second stability organs, a corrugated fin is placed.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher umfasst demgemäß wenigstens eine Reihe von Rohren, beispielsweise Flachrohren, und dazwischen angeordnete Rippen, meist Wellrippen, sowie zwei der beschriebenen Rohrböden, jeweils mit einer Reihe von ersten Öffnungen zur Aufnahme der Rohrenden und auch Sammelkästen, die mit den Rohrböden verbunden sind. Ferner ist je ein erstes Stabilitätsorgan, beispielsweise ein so genanntes Seitenteil vorgesehen, dessen gegenüberliegende Enden in den zweiten Öffnungen der Rohrböden befestigt sind. Die mit ihren Enden in den zweiten Öffnungen der Rohrböden sitzenden Seitenteile befinden sich bekanntlich am linken und rechten Rand eines aus den Flachrohren und den Rippen bestehenden Kühlnetzes, und sie erstrecken sich von dem einen Rohrboden bis zum gegenüberliegenden zweiten Rohrboden.The heat exchanger according to the invention accordingly comprises at least one row of tubes, for example flat tubes, and interposed ribs, usually corrugated fins, as well as two of the tube sheets described, each with a series of first openings for receiving the tube ends and also collecting boxes which are connected to the tubesheets. Furthermore, a respective first stability element, for example a so-called side part, is provided, the opposite ends of which are fastened in the second openings of the tubesheets. The seated with their ends in the second openings of the tubesheets side parts are known to be on the left and right edges of a consisting of the flat tubes and the ribs cooling network, and they extend from one tube sheet to the opposite second tube sheet.
Im Unterschied zum Stand der Technik besitzen die Rohrböden darüber hinaus wenigstens eine, oft jedoch zwei oder mehrere dritte Öffnungen zur Aufnahme eines Endes eines oder zweier oder mehrerer zweiter Stabilitätsorgane.In contrast to the prior art, the tube sheets also have at least one, but often two or more third openings for receiving one end of one or two or more second stability organs.
Gemäß einer Ausführung sind die ersten und die zweiten Stabilitätsorgane identisch ausgebildet, um möglichst geringe Kosten zu verursachen. Das bedeutet, dass auch die ersten und die zweiten Öffnungen identisch gestaltet sind. Man könnte sogar die ersten, die zweiten und die dritten Öffnungen identisch hinsichtlich ihrer Gestalt ausbilden. Meist ist es so, dass die ersten Öffnungen alle identisch sind, da auch die Rohre identisch sind. Die zweiten und die dritten Öffnungen sind – wie erwähnt – ebenfalls identisch manchmal jedoch etwas kleiner als die ersten Öffnungen, da die Enden der Stabilitätsorgane einen rezessartigen Absatz aufweisen können, wobei lediglich das verjüngte Ende des Stabilitätsorgans in der zweiten bzw. in der dritten Öffnung sitzt. According to one embodiment, the first and the second stability organs are identically designed to cause the least possible costs. This means that the first and second openings are identical. One could even make the first, second and third openings identical in shape. It is usually the case that the first openings are all identical, since the tubes are also identical. As mentioned, the second and third openings are also identical but sometimes slightly smaller than the first openings, since the ends of the stability members may have a recess-like shoulder with only the tapered end of the stability member seated in the second and third openings, respectively ,
Die Enden können – in den zweiten bzw. in den dritten Öffnungen sitzend – einem Umformschritt unterzogen werden, wonach sie kraft- und formschlüssig in denselben befestigt sind. Nach Durchführung des erwähnten Umformschritts verspannen die Stabilitätsorgane die beiden Rohrböden miteinander und verleihen dem Wärmetauscher somit die versprochene Stabilität.The ends can be subjected to a forming step, seated in the second or in the third openings, after which they are non-positively fixed in the same. After carrying out the mentioned forming step, the stability organs brace the two tube plates together and thus give the heat exchanger the promised stability.
Ein besonders bevorzugter Wärmetauscher ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Sammelkästen eine im Wesentlichen quer zu dessen Längserstreckung angeordnete Trennwand vorhanden ist, die auf dem Rohrboden steht, und die den Sammelkasten in einen eintrittsseitigen Teil und einen austrittsseitigen Teil aufteilt.A particularly preferred heat exchanger is characterized in that in one of the collecting tanks a substantially transverse to its longitudinal extent arranged partition wall is present, which stands on the tube sheet, and divides the collecting box into an inlet-side part and an outlet-side part.
In besonders bevorzugter Weise ist der Sammelkasten als Spritzgussteil aus Kunststoff hergestellt worden, wobei die erwähnte Trennwand – wie an sich bekannt – integral mit der Sammelkastenwand ausgebildet ist. Dieser bevorzugte Wärmetauscher besitzt an seinen gegenüberliegenden Rohrenden einen zweiten Sammelkasten, der als Umlenkkasten funktioniert. Demnach wird dieser bevorzugte Wärmetauscher u-förmig durchströmt.In a particularly preferred manner, the collecting box has been produced as an injection-molded part made of plastic, wherein the mentioned dividing wall-as is known per se-is formed integrally with the collecting box wall. This preferred heat exchanger has at its opposite pipe ends a second header, which works as a deflection box. Accordingly, this preferred heat exchanger is flowed through in a U-shape.
Wie in der Einleitung bereits angeklungen ist, haben die Erfinder genau bei diesem Typ Wärmetauscher die Materialbrüche beobachtet und zwar, meist in der Nähe der erwähnten Trennwand. Die in der Nähe der Trennwand vorhandenen metallischen Verbindungen zwischen den Rohrenden und den ersten Öffnungen sind beim Stand der Technik oft gebrochen.As already mentioned in the introduction, the inventors have observed precisely in this type of heat exchanger, the material fractures and indeed, usually in the vicinity of the aforementioned partition. The existing near the partition metallic connections between the pipe ends and the first openings are often broken in the prior art.
Den Erfindern ist aufgrund ihrer Erfahrung bekannt, dass Materialbrüche auch bei Wärmetauschern ohne Trennwand und mit deshalb geradliniger oder auch andersartiger Durchströmung auftreten, deren Ursachen oft nicht genau identifiziert werden können. Es kann sich sowohl um extreme Temperaturwechselbelastungen als auch um hohe mechanische Belastungen handeln. Oft um beides und zusätzlich auch noch um andere Belastungen. Sie schlagen deshalb vor, die dritten Öffnungen in den Rohrböden und die darin sitzenden zweiten Stabilitätsorgane auch in der Nähe von denjenigen Stellen solcher Wärmetauscher ohne Trennwand einzusetzen, an denen sich die Materialbrüche oft manifestiert haben.The inventors are known because of their experience that material fractures occur even with heat exchangers without a partition and therefore rectilinear or otherwise different flow, the causes can often not be accurately identified. It can be both extreme thermal cycling and high mechanical loads. Often with both and additionally with other burdens. They therefore propose to use the third openings in the tubesheets and the second stability organs seated therein also in the vicinity of those locations of such heat exchangers without dividing wall, at which the material fractures have often manifested themselves.
Wenn wenigstens zwei dritte Öffnungen im Rohrboden vorgesehen sind, ist es vorteilhaft eine links und eine andere rechts der Trennwand anzuordnen, in denen ein weiteres zweites Stabilitätsorgan vorhanden ist.If at least two third openings are provided in the tubesheet, it is advantageous to arrange one on the left and another on the right of the dividing wall, in which a further second stability element is present.
In den meisten Fällen – jedoch bei weitem nicht immer – befinden sich die Trennwand und die zweiten Stabilitätsorgane etwa in der Mitte der Reihe von Flachrohren bzw. in der Mitte des Wärmetauschers.In most cases - but by no means always - the partition wall and the second stability elements are located approximately in the middle of the row of flat tubes or in the middle of the heat exchanger.
Der Wärmetauscher ist vorzugsweise ein Kühlflüssigkeitskühler für ein Kraftfahrzeug, wobei die Flachrohre von der Kühlflüssigkeit und die Wellrippen von Kühlluft durchströmt sind. Andere Wärmetauscher wie Ölkühler oder Ladeluftkühler sind nicht ausgeschlossen.The heat exchanger is preferably a cooling liquid cooler for a motor vehicle, wherein the flat tubes are flowed through by the cooling liquid and the corrugated ribs by cooling air. Other heat exchangers such as oil cooler or intercooler are not excluded.
Die ersten und die zweiten Stabilitätsorgane sind so ausgebildet, dass sie eine durch Temperaturwechsel ausgelöste Ausdehnung/Kontraktion in ihrer Längsrichtung gestatten, beispielsweise ein partieller Trennschnitt oder eine Sicke oder eine andere in Längsrichtung nachgiebige Gestaltung. Besonders bevorzugt ist diesbezüglich eine (oder mehrere) Sollbruchstelle/n, die meist bereits nach der ersten Inbetriebnahme des Wärmetauschers brechen, ohne die Funktion des Wärmetauschers und der Stabilitätsorgane zu beeinträchtigen. Bekanntlich sind sämtliche metallischen Bestandteile, wie Rohrböden und Kühlnetz vorher metallisch verbunden worden (bspw. in einem Lötofen), sodass die (beabsichtigten) Brüche an den Sollbruchstellen den Wärmetauscher in seiner Struktur nicht negativ beeinflussen. Auch die beabsichtigte Verbesserung der Stabilität im Bereich der Rohrböden – wo die angesprochenen Brüche früher aufgetreten sind – wird durch die Brüche der Sollbruchstellen nicht beeinträchtigt.The first and second stability members are configured to allow for thermal expansion / contraction in their longitudinal direction, such as a partial severance cut or bead or other longitudinally compliant design. Particularly preferred in this regard is one (or more) predetermined breaking point (s), which usually break already after the first startup of the heat exchanger, without impairing the function of the heat exchanger and the stability elements. As is well known, all metallic constituents, such as tube sheets and cooling network, have previously been connected in a metallic manner (for example in a soldering oven) so that the (intended) fractures at the predetermined breaking points do not adversely affect the heat exchanger in its structure. The intended improvement in stability in the area of the tube sheets - where the mentioned fractures have occurred earlier - is not affected by the fractures of the predetermined breaking points.
Die Erfinder haben ferner herausgefunden, dass die Positionierung der Sollbruchstellen einen wesentlichen Einfluss auf deren Wirksamkeit besitzt. Beispielsweise hat das Vorsehen einer Sollbruchstelle mit einem Abstand von etwa 10–70 mm von einem Rohrboden entfernt ein wesentlich höheres Verbesserungspotential gezeigt als eine identische Sollbruchstelle, die sich etwa 170 mm vom Rohrboden entfernt befunden hat.The inventors have also found that the positioning of the predetermined breaking points has a significant influence on their effectiveness. For example, the provision of a predetermined breaking point at a distance of about 10-70 mm from a tube sheet has shown a much higher potential for improvement than an identical predetermined breaking point, which was located about 170 mm from the tube sheet.
Die Erfindung wird nachfolgend in einigen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Beschreibung enthält weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung, wobei es sich später bezüglich der Merkmale herausstellen könnte, dass es sich dabei um wesentliche Merkmale handelt.The invention will be described below in some embodiments with reference to the accompanying drawings. The Description includes other features and advantages of the invention, which may later turn out to be salient features that are essential.
FigurenkurzbeschreibungBrief Description
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Der Wärmetauscher umfasst gemäß den Darstellungen in den
Ferner besitzt der Wärmetauscher zwei gegenüberliegend angeordnete Rohrböden
Außerdem ist je ein erstes Stabilitätsorgan
Die Rohrböden
Wie aus der
Aufgrund der beschriebenen Merkmale ist ersichtlich, dass der gezeigte Wärmetauscher u-förmig durchströmt wird.Due to the described features it can be seen that the heat exchanger shown is flowed through in a U-shape.
Andere Ausführungsformen mit einer l-förmigen oder einer noch anderen Durchströmung sind möglich, jedoch in den Zeichnungen nicht dargestellt worden.Other embodiments with an L-shaped or still other flow are possible, but not shown in the drawings.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind weiterhin zwei dritte Öffnungen
Wie die
Die
Aus
Bezüglich der Darstellungen in den
Der
In der
Die
Die
In dem gezeigten Fall sind die ersten und die zweiten Stabilitätsorgane
Zur Vermeidung der erwähnten Materialbrüche kann man auch einen öffnungslosen Abschnitt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 2628331 A [0002] DE 2628331 A [0002]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |