DE112005001110T5 - Längliches, abgeflachtes Rohr für Wärmetauscher und Verfahren zur Anordnung - Google Patents

Längliches, abgeflachtes Rohr für Wärmetauscher und Verfahren zur Anordnung Download PDF

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Abstract

Längliches, abgeflachtes Rohr (10) zur Verwendung in einem Wärmetauscher mit einer Endkammer (12) mit einem Rohrschlitz (14) zur Aufnahme des Rohrs (10), wobei das Rohr (10) Folgendes umfasst:
ein Paar einander gegenüberliegender Breitseitenwände (16), die durch ein Paar einander gegenüberliegender konvexer Randwände (18) zur Definition eines gleichmäßigen Querschnitts über die Länge des Rohrs (10) verbunden sind, wobei der Querschnitt dem aufnehmenden Rohrschlitz (14) entspricht, wobei mindestens ein innerer Strömungsweg (22) durch die Wände (16, 18) eingeschlossen ist, um eine Fluidströmung durch das Rohr (10) zu leiten; und
ein Paar lokaler konkaver Vertiefungen (30) an einer gewünschten Stelle (L) in einem Abstand von einem Ende (32) des Rohrs (10) zur Unterbrechung des gleichmäßigen Querschnitts an der Stelle (L), wobei eine des Paars lokaler Vertiefungen (30) in einer der Randwände (18) ausgebildet ist, wobei die andere des Paars lokaler Vertiefungen (30) in der anderen der Randwände (18) ausgebildet ist, wobei...

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher und insbesondere Wärmetauscher mit abgeflachten Rohren, deren Enden in entsprechende, in der Endkammer ausgebildete Rohrschlitze aufgenommen werden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Wärmetauscher, die abgeflachte Rohre mit Enden verwenden, die in entsprechende Rohrschlitze einer Endkammer aufgenommen werden, sind wohlbekannt. Ein Problem bei solchen Wärmetauscherkonstruktionen während der Montage ist die Position des Rohrendes bezüglich des Rohrschlitzes und der zugehörigen Kammer. Wenn das Rohr zu weit in den Rohrschlitz eingeführt ist, kann es potentiell die Fluidströmung durch die Endkammer stören, oder umgekehrt, wenn das Rohr nicht weit genug eingeführt ist, kann es möglicherweise keine geeignete Verbindung bilden, wenn die Konstruktion zum Beispiel hart- oder weichgelötet wird, um eine abgedichtete Verbindung zwischen dem Rohr und der Endkammer zu bilden.
  • Es ist bekannt, das Ende eines Rohrs durch Materialentfernung und/oder wesentliche Verformung oder Größenänderung der Enden der Rohre zu modifizieren. Beispiele für solche Ansätze werden in den US-PS 5,101,887; 5,052,479; 5,048,602 und 4,825,941 gezeigt. Obgleich solche Ansätze akzeptabel sein können, erfordern sie möglicherweise eine relativ komplizierte Einrichtung, Werkzeugausrüstung und die Verwendung von extrudierten Rohren und scheinen nicht auf dünnwandige, geschweißte oder walzgeformte Rohre anwendbar zu sein. Demgemäß besteht weiterer Bedarf an einer Verbesserung auf diesem Gebiet.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines neuen und verbesserten Rohrmerkmals zur Begrenzung der Einführtiefe eines abgeflachten Rohrs in einen Endkammerschlitz.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Rohrmerkmals zur Begrenzung der Einführtiefe eines abgeflachten Rohrs in einen Endkammerschlitz, das keine Materialentfernung und/oder wesentliche Verformung oder Größenänderung der Enden der Rohre erfordert.
  • Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein längliches, abgeflachtes Rohr zur Verwendung in einem Wärmetauscher mit einer Endkammer mit einem Rohrschlitz zur Aufnahme des Rohrs bereitgestellt. Das Rohr enthält ein Paar einander gegenüberliegender Breitseitenwände, die durch ein Paar einander gegenüberliegender konvexer Randwände zur Definition eines gleichmäßigen Querschnitts über die Länge des Rohrs verbunden sind, wobei der Querschnitt dem aufnehmendem Rohrschlitz entspricht. Mindestens ein innerer Strömungsweg wird durch die Wände eingeschlossen, um eine Fluidströmung durch das Rohr zu leiten.
  • Gemäß einem Merkmal enthält das Rohr eine lokale konkave Vertiefung an einer gewünschten Stelle in einem Abstand von einem Ende des Rohrs zur Unterbrechung des gleichmäßigen Querschnitts an der Stelle. Die lokale Vertiefung ist in einer der Randwände ausgebildet. Die Vertiefung erzeugt ein Paar Ausbauchungen, die auf den Rohrschlitz einwirken, um eine Einführtiefe des Endes des Rohrs in den Rohrschlitz zu begrenzen.
  • Gemäß einem Merkmal enthält das Rohr ein Paar lokaler konkaver Vertiefungen an einer gewünschten Stelle in einem Abstand von einem Ende des Rohrs zur Unterbrechung des gleichmäßigen Querschnitts an der Stelle. Eine des Paars lokaler Vertiefungen ist in einer der Randwände ausgebildet, und die andere des Paars lokaler Vertiefungen ist in der anderen der Randwände ausgebildet. Jede der Vertiefungen erzeugt ein Paar Ausbauchungen, die auf den Rohrschlitz einwirken, um eine Einführtiefe des Endes des Rohrs in den Rohrschlitz zu begrenzen.
  • Gemäß einem Merkmal weist die Vertiefung einen gekrümmten Boden auf.
  • Bei einem Merkmal weist die Vertiefung einen flachen Boden auf.
  • Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zur Anordnung eines Endes eines länglichen, abgeflachten Rohrs in einen Rohrschlitz einer Endkammer bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines länglichen, abgeflachten Rohrs mit einem Paar einander gegenüberliegender Breitseitenwände, die durch ein Paar einander gegenüberliegender konvexer Randwände zur Definition eines gleichmäßigen Querschnitts über die Länge des Rohrs verbunden sind, wobei der Querschnitt dem aufnehmendem Rohrschlitz entspricht. Mindestens ein innerer Strömungsweg wird durch die Wände eingeschlossen, um eine Fluidströmung durch das Rohr zu leiten. Weiterhin umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: lokales Verformen einer der Randwände an einer gewünschten Stelle in einem Abstand von einem Ende des Rohrs, um den gleichmäßigen Querschnitt an der Stelle zu unterbrechen und ein Paar Ausbauchungen zu erzeugen; und Einführen des Endes in den Rohrschlitz, bis die Ausbauchungen ein weiteres Einführen verhindern.
  • Gemäß einem Merkmal umfasst der Schritt des lokalen Verformens weiterhin lokales Verformen der anderen der Randwände an der gewünschten Stelle zur Unterbrechung des gleichmäßigen Querschnitts an der Stelle und Erzeugung eines anderen Satzes Vertiefungen.
  • Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei Durchsicht der gesamten Beschreibung, einschließlich der angehängten Ansprüche und Zeichnungen, ersichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine abgebrochene perspektivische Ansicht, die ein die vorliegende Erfindung darstellendes, in eine Endkammer eingeführtes Rohr zeigt;
  • 2 ist eine Ansicht entlang der Linie 2-2 in 1;
  • 3 ist eine vergrößerte, abgebrochene perspektivische Ansicht des von der Endkammer entfernten Rohrs von 1;
  • 4 ist eine Ansicht entlang der Linie 4-4 in 3; und
  • 5 ist eine andere perspektivische Ansicht eines die vorliegende Erfindung darstellenden Rohrs.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Auf die 1 und 2 Bezug nehmend, wird ein längliches, abgeflachtes Rohr 10 zur Verwendung in einem Wärmetauscher bereitgestellt, der eine Endkammer 12 mit einem Rohrschlitz 14 zur Aufnahme des Rohrs 10 aufweist. Obgleich dies nicht gezeigt wird, würde der Wärmetauscher auf wohlbekannte Weise in der Regel mehrere Rohre 10 entweder mit Rippen in Serpentinenbauweise oder Lamellen enthalten, die sich zwischen jedem der Rohre 10 zur Wärmeübertragung auf eine die Außenfläche der Rohre und der Rippen/Lamellen überströmende Fluidströmung erstrecken. Es versteht sich, dass sich der Begriff Endkammer nach der Verwendung hierin auf eine beliebige Wärmetauscherkonstruktion bezieht, die einen Rohrschlitz darin aufweist, der das Ende eines Rohrs, wie zum Beispiel des Rohrs 10, aufnimmt, einschließlich der dargestellten Konstruktion, die eine zylindrische, einstückige Endkammer- oder Verteilerausführung oder irgendeine andere geeignete Konstruktion ist, wie zum Beispiel eine so genannte endplatten- und behälterförmige Konstruktion.
  • Das Rohr 10 enthält ein Paar einander gegenüberliegender Breitseitenwände 16, die durch ein Paar einander gegenüberliegender, gekrümmter oder konvexer Randwände 18 verbunden sind, um, wie am besten in 4 zu sehen, einen allgemein länglich-runden Querschnitt quer zu einer Längsachse 20 des Rohrs 10 zu bilden, wobei der Querschnitt über die Länge des Rohrs gleichmäßig ist und dem aufnehmendem Rohrschlitz 14 entspricht und damit zum Beispiel durch Weich- oder Hartlöten eine geeignete Verbindung bildet. Wieder auf 4 Bezug nehmend, enthält das Rohr 10 auch mehrere innere Öffnungen oder Strömungskanäle 22, die durch Stege 24 getrennt sind und durch die Wände 16, 18 umschlossen werden, um eine Fluidströmung durch das Rohr 10 zu leiten. Es versteht sich, dass zwar eine Konstruktion mit mehreren Öffnungen gezeigt wird, es aber bei einigen Anwendungen wünschenswert sein kann, Konstruktionen mit einer einzigen Öffnung oder einem einzigen Strömungsweg zu verwenden, bei denen die Stege 24 nicht enthalten sind.
  • Des Weiteren enthält das Rohr ein Paar lokaler konvexer Vertiefungen oder Kerben 30 an einer gewünschten Stelle L in einem Abstand von einem Ende 32 des Rohrs 10, um den gleichmäßigen Querschnitt an der Stelle L zu unterbrechen. Eine der Vertiefungen 30 ist in einer der Randwände 18 und die andere der Vertiefungen 30 in der anderen der Randwände 18 ausgebildet. Wie am besten in 4 zu sehen, erzeugen die Vertiefungen 30 einen lokalen Querschnitt für das Rohr, der dem Rohrschlitz 14 nicht entspricht, um eine Einführtiefe des Endes 32 des Rohrs 10 in den Rohrschlitz 14 zu begrenzen, wie am besten in 2 zu sehen. Insbesondere erzeugen die Vertiefungen 30 lokal einen rechteckigeren Querschnitt, wie am Besten in 4 zu sehen, für das Rohr, der dem Rohrschlitz 14, der länglich-rund ist, um den länglich-runden Querschnitt des Rohrendes 32 aufzunehmen, nicht entspricht. In dieser Hinsicht erzeugt jede der Vertiefungen 30 ein Paar Ausbauchungen 34, die auf den Rohrschlitz 14 einwirken, um die Einführtiefe des Rohrs 10 darin zu begrenzen.
  • Jede der Vertiefungen 30 wird durch Aufschlagen oder Pressen eines Werkzeugs mit der gewünschten Form für die Vertiefung auf bzw. in die Randwand 18, um das Material der Randwand 18 plastisch oder dauerhaft zu verformen und so die Vertiefung 30 zu bilden, ohne dass das Entfernen von Material und/oder eine wesentliche Ver- oder Neuformung des Endes 32 des Rohrs 10 erforderlich ist, erzeugt.
  • Demgemäß versteht sich, dass sich die Begriffe Vertiefung oder Kerbe gemäß ihrer Verwendung hierin auf ein Strukturmerkmal beziehen, das sich durch plastische oder dauerhafte Verformung ohne das Erfordernis eines Entfernens von Material ergibt. Dieser Vorgang erfolgt nach dem Formen des Rohrs 10 und kann entweder nach dem Zuschneiden des Rohrs 10 auf Länge oder während des Rohrschneideprozesses erfolgen. Die Tiefe der Vertiefung 30 kann so eingestellt werden, dass die gewünschte Formänderung des gleichmäßigen Querschnitts erreicht wird, um den nichtgleichmäßigen Querschnitt und die zugehörigen Ausbauchungen 34 zu erzeugen. Experimente mit einer Vertiefung 30 mit einer Tiefe von ca. 0,010 Zoll haben eine Ausbauchung 34 von ca. 0,004 Zoll ergeben, was bei einigen Anwendungen zur Begrenzung der Einführtiefe des Rohrs 10 ausreicht.
  • Wie bei der in den 1–4 dargestellten Ausführungsform zu sehen, weist jede der Vertiefungen einen gekrümmten Boden 36 auf, wie in 2 zu sehen. Wie in 5 zu sehen, kann jede der Vertiefungen 30 als Alternative dazu einen allgemein flachen Boden 36 aufweisen.
  • Es versteht sich, dass das Rohr 10 zwar mit einem Paar Vertiefungen 30 dargestellt worden ist, es aber bei einigen Anwendungen wünschenswert sein kann, nur eine einzige Vertiefung 30 zu haben, die in einer der Randwände 18 ausgebildet ist.
  • Aus dem Vorhergehenden geht hervor, dass die Vertiefungen 30 auf irgendein Rohr 10, einschließlich extrudierte Rohre, dünnwandige Rohre und geschweißte oder walzgeformte Rohre, angewendet werden können. Gegenüber herkömmlichen Verfahren ist es vorteilhaft, dass sie keine Materialentfernung erfordern und somit nicht auf die Verwendung mit Extrudatkernrohren beschränkt sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Längliches, abgeflachtes Rohr (10) zur Verwendung in einem Wärmetauscher mit einer Endkammer (12) mit einem Rohrschlitz (14) zur Aufnahme des Rohrs (10), wobei das Rohr (10) Folgendes umfasst:
    ein Paar einander gegenüberliegender Breitseitenwände (16), die durch ein Paar einander gegenüberliegender konvexer Randwände (18) zur Definition eines gleichmäßigen Querschnitts über die Länge des Rohrs (10) verbunden sind, wobei der Querschnitt dem aufnehmenden Rohrschlitz (14) entspricht, wobei mindestens ein innerer Strömungsweg (22) durch die Wände (16, 18) eingeschlossen ist, um eine Fluidströmung durch das Rohr (10) zu leiten; und ein Paar lokaler konkaver Vertiefungen (30) an einer gewünschten Stelle (L) in einem Abstand von einem Ende (32) des Rohrs (10) zur Unterbrechung des gleichmäßigen Querschnitts an der Stelle (L), wobei eine des Paars lokaler Vertiefungen (30) in einer der Randwände (18) ausgebildet ist, wobei die andere des Paars lokaler Vertiefungen (30) in der anderen der Randwände (18) ausgebildet ist, wobei jede der Vertiefungen (30) ein Paar Ausbauchungen (34) erzeugt, die auf den Rohrschlitz (14) einwirken, um eine Einführtiefe des Endes (32) des Rohrs (10) in den Rohrschlitz (14) zu begrenzen.

Claims (8)

  1. Längliches, abgeflachtes Rohr (10) zur Verwendung in einem Wärmetauscher mit einer Endkammer (12) mit einem Rohrschlitz (14) zur Aufnahme des Rohrs (10), wobei das Rohr (10) Folgendes umfasst: ein Paar einander gegenüberliegender Breitseitenwände (16), die durch ein Paar einander gegenüberliegender konvexer Randwände (18) zur Definition eines gleichmäßigen Querschnitts über die Länge des Rohrs (10) verbunden sind, wobei der Querschnitt dem aufnehmenden Rohrschlitz (14) entspricht, wobei mindestens ein innerer Strömungsweg (22) durch die Wände (16, 18) eingeschlossen ist, um eine Fluidströmung durch das Rohr (10) zu leiten; und ein Paar lokaler konkaver Vertiefungen (30) an einer gewünschten Stelle (L) in einem Abstand von einem Ende (32) des Rohrs (10) zur Unterbrechung des gleichmäßigen Querschnitts an der Stelle (L), wobei eine des Paars lokaler Vertiefungen (30) in einer der Randwände (18) ausgebildet ist, wobei die andere des Paars lokaler Vertiefungen (30) in der anderen der Randwände (18) ausgebildet ist, wobei jede der Vertiefungen (30) ein Paar Ausbauchungen (34) erzeugt, die auf den Rohrschlitz (14) einwirken, um eine Einführtiefe des Endes (32) des Rohrs (10) in den Rohrschlitz (14) zu begrenzen.
  2. Rohr nach Anspruch 1, bei dem jede der Vertiefungen (30) einen gekrümmten Boden (36) aufweist.
  3. Rohr nach Anspruch 1, bei dem jede der Vertiefungen (30) einen flachen Boden (36) aufweist.
  4. Längliches, abgeflachtes Rohr (10) zur Verwendung in einem Wärmetauscher mit einer Endkammer (12) mit einem Rohrschlitz (14) zur Aufnahme des Rohrs (10), wobei das Rohr (10) Folgendes umfasst: ein Paar einander gegenüberliegender Breitseitenwände (16), die durch ein Paar einander gegenüberliegender konvexer Randwände (18) zur Definition eines gleichmäßigen Querschnitts über die Länge des Rohrs (10) verbunden sind, wobei der Querschnitt dem aufnehmenden Rohrschlitz (14) entspricht, wobei mindestens ein innerer Strömungsweg (22) durch die Wände (16, 18) eingeschlossen ist, um eine Fluidströmung durch das Rohr (10) zu leiten; und eine lokale Vertiefung (30) an einer gewünschten Stelle (L) in einem Abstand von einem Ende (32) des Rohrs (10) zur Unterbrechung des gleichmäßigen Querschnitts an der Stelle (L), wobei die lokale Vertiefung (30) in einer der Randwände (18) ausgebildet ist, wobei die Vertiefung (30) ein Paar Ausbauchungen (34) erzeugt, die auf den Rohrschlitz (14) einwirken, um eine Einführtiefe des Endes (32) des Rohrs (10) in den Rohrschlitz (14) zu begrenzen.
  5. Rohr nach Anspruch 4, bei dem die Vertiefung (30) einen konvexen Querschnitt mit einem gekrümmten Boden (36) aufweist.
  6. Rohr nach Anspruch 4, bei dem die Vertiefung (30) einen kanalförmigen Querschnitt aufweist.
  7. Verfahren zur Anordnung eines Endes (32) eines länglichen, abgeflachten Rohrs (10) in einen Rohrschlitz (14) einer Endkammer (12), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines länglichen, abgeflachten Rohrs (10) mit einem Paar einander gegenüberliegender Breitseitenwände (16), die durch ein Paar einander gegenüberliegender konvexer Randwände (18) zur Definition eines gleichmäßigen Querschnitts über die Länge des Rohrs (10) verbunden sind, wobei der Querschnitt dem aufnehmenden Rohrschlitz (14) entspricht, wobei mindestens ein innerer Strömungsweg (22) durch die Wände (16, 18) eingeschlossen wird, um eine Fluidströmung durch das Rohr (10) zu leiten; lokales Verformen einer der Randwände (18) an einer gewünschten Stelle (L) in einem Abstand von einem Ende (32) des Rohrs (10), um den gleichmäßigen Querschnitt an der Stelle (L) zu unterbrechen und ein Paar Ausbauchungen (34) zu erzeugen; und Einführen des Endes (32) in den Rohrschlitz (14), bis die Ausbauchungen (34) ein weiteres Einführen verhindern.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Schritt des lokalen Verformens weiterhin lokales Verformen der anderen der Randwände (18) an der gewünschten Stelle (L) zur Unterbrechung des gleichmäßigen Querschnitts an der Stelle (L) und Erzeugung eines anderen Paars Vertiefungen (30) umfasst.
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