DE19844848A1

DE19844848A1 - Heat exchanger

Info

Publication number: DE19844848A1
Application number: DE19844848A
Authority: DE
Inventors: Viktor Brost; Hans-Dieter Haertel; Michael Ehlers
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-04-06
Also published as: DE59902453D1; EP0990868B1; EP0990868A2; ES2182441T3; ATE223028T1; EP0990868A3

Abstract

The cross-section of the passages is arched inwards. Through the tubes and around them different heat-exchanging media flow. The tube ends (2) extend as far as below the level of the tube base surface (6) and with the passages (5) form an all-round contact surface (7), to which connect on both sides a solder gap (8) between the tube (1) and the passage (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einer Vielzahl von Rohren, deren Enden in um die Öffnungen in den Rohrböden, zum Wärmetauschernetz hinwei senden Durchzügen stecken, deren Querschnitt nach innen gewölbt ist, und die darin flüssigkeitsdicht metallisch verbunden sind, wobei durch die Rohre und um die Rohre herum getrennte wärmeaustauschende Medien strömen.The invention relates to a heat exchanger with a plurality of tubes, the Ends in around the openings in the tube sheets, facing the heat exchanger network send passages, the cross section of which is curved inwards, and the are connected in a liquid-tight manner, through the pipes and around separate heat exchanging media flow around the pipes.

Mit diesen Merkmalen ausgestattete Wärmetauscher sind aus dem EP 798 531 bekannt. Weil der Druckverlust der wärmeaustauschenden Medien stets gering sein soll, sind in diesem Dokument die Durchzüge vorteilhafterweise zum Wär metauschernetz hin angeordnet worden. Dadurch wird erreicht, daß die Enden der Rohre keinen Überstand haben müssen, der sich in den Sammelraum hinein erstreckt. Der Querschnitt der Durchzüge besitzt eine nach innen weisende Wöl bung, um das Einführen der Rohrenden zu erleichtern. Nachteilig ist, daß die En den der Rohre tulpenförmig aufgeweitet werden müssen, um die durch die Wöl bung reduzierte Verbindungsfläche mit den Durchzügen wieder zu vergrößern und um dadurch eine dichte metallische Verbindung durch Löten zu erreichen. Das Aufweiten erfordert einen zusätzlichen Arbeitsgang.Heat exchangers equipped with these features are known from EP 798 531 known. Because the pressure loss of the heat-exchanging media is always low in this document, the passages are advantageously to the heat metal exchange network has been arranged. This ensures that the ends the pipes do not have to have an overhang that extends into the collecting space extends. The cross section of the passages has an inward-facing bulge Exercise to facilitate the insertion of the pipe ends. The disadvantage is that the En those of the pipes have to be widened in a tulip shape in order to prevent them from being Exercise to enlarge the reduced connecting area with the passages and to achieve a tight metallic connection by soldering. The expansion requires an additional operation.

Die einzelnen Rohrenden sind bis auf das Niveau der Rohrbodenebene oder sogar bis über dieses Niveau in die Durchzüge hineingesteckt worden, wodurch die einzelnen Rohre bei gleicher Baugröße des Wärmetauschers etwas länger sein müssen, was sich bei einer Vielzahl solcher Rohre als zusätzliches Gewicht und zusätzliche Kosten niederschlägt.The individual tube ends are down to the level of the tube sheet level or even been inserted into the passages up to this level, whereby the individual pipes with the same size of the heat exchanger a little longer have to be what with a multitude of such pipes as additional weight and imposes additional costs.

Die Aufgabe der Erfindung ist die weitere Verbesserung des angegebenen Stan des der Technik hinsichtlich der metallischen Verbindung zwischen den Rohren und den Rohrböden bei einem Wärmetauscher, der dem Oberbegriff des An spruchs 1 entspricht.The object of the invention is the further improvement of the specified Stan of technology with regard to the metallic connection between the pipes and the tube sheets in a heat exchanger, which the generic term of the An Proverb 1 corresponds.

Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, daß sich die Rohrenden bis unterhalb des Niveaus der Rohrbodenoberfläche erstrecken und mit den Durchzügen eine um laufende Kontaktfläche ausbilden, die beidseitig in je einen Lötspalt zwischen Rohr und Durchzug ausläuft.According to the invention it is provided that the pipe ends to below the Extend levels of the tube sheet surface and one with the passages Form the current contact area, which is on both sides in a soldering gap between Pipe and thread runs out.

Bevorzugt sind die Rohrenden nicht aufgeweitet oder eingezogen, obwohl nach der erfinderischen Lehre auch diese Varianten möglich sind. The pipe ends are preferably not widened or drawn in, although after the inventive teaching these variants are also possible.

Die beidseitigen Lötspalte führen dazu, daß das Lot beim Lötprozeß durch Ad häsion in diesen Lötspalten anhaftet und dadurch eine perfekte, dichte Lötver bindung entsteht. Die zu lötenden Wärmetauscher müssen nicht mehr in einer solchen Position in den Lötofen gebracht werden, daß das Lot in die Fugen fließen kann. Die Adhäsionskräfte halten das Lot auch entgegen der Schwerkraft, d. h. die Lage der zu lötenden Wärmetauscher ist unerheblich, wodurch wesentli che Vereinfachungen des Herstellungsprozesses möglich sind.The soldering gaps on both sides lead to the solder being soldered by Ad adhesion adheres in these soldering gaps and thus a perfect, tight soldering bond arises. The heat exchangers to be soldered no longer have to be in one be placed in the soldering oven such that the solder in the joints can flow. The adhesive forces also hold the solder against gravity, d. H. the location of the heat exchanger to be soldered is irrelevant, which makes it essential che simplifications of the manufacturing process are possible.

Obwohl die Verbindungsfläche deutlich kleiner ist, als beim Stand der Technik, sind nach der erfindungsgemäßen Lehre Lötverbindungen herstellbar, die in jeder Beziehung den Forderungen entsprechen.Although the connection area is significantly smaller than in the prior art, solder joints can be produced according to the teaching of the invention, which in each Relationship meet the requirements.

Die Rohre sind bevorzugt als Flachrohre ausgebildet, wobei die gleichen positiven Wirkungen auch bei allen anderen Querschnittsformen der Rohre auftreten. Weiterhin bevorzugt befinden sich die Rohrenden etwa um die Dicke des Rohrbodens unterhalb der einen Rohrbodenoberfläche. Somit ist der auftretende Druckverlust denkbar gering.The tubes are preferably designed as flat tubes, the same positive ones Effects also occur with all other cross-sectional shapes of the pipes. Furthermore, the pipe ends are preferably located around the thickness of the Tube sheet below the one tube sheet surface. So that is occurring Pressure drop is extremely low.

Der Öffnungswinkel der ebenfalls umlaufenden, spitzwinkligen Lötspalte liegt im Vorzugsbereich von 10 bis 25°, weil sich herausgestellt hat, daß bei diesem Öff nungswinkel mit Blick auf die Adhäsionskräfte, die besten Resultate zu erreichen sind. Dabei kann der Öffnungswinkel der beiden Lötspalte unterschiedlich sein oder es können gleich große Öffnungswinkel an beiden Lötspalten vorgesehen werden. Die umlaufende Verbindungsfläche sollte eine Breite haben, die etwa im Dickenbereich der Rohrböden liegt oder größer ist, die jedoch deutlich kleiner als bei dem EP 798 531 ist.The opening angle of the also circumferential, acute-angled soldering gaps lies in Preferred range from 10 to 25 °, because it has been found that with this opening angle with a view to the adhesive forces to achieve the best results are. The opening angle of the two soldering gaps can be different or equally large opening angles can be provided on both soldering gaps become. The circumferential connection surface should have a width that is approximately in Thickness range of the tube sheets is or is larger, which is however significantly smaller than in EP 798 531.

Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art können als Massenprodukte bezeich net werden, bei denen bereits vermeintlich geringfügige Verbesserungen bzw. Unterschiede zum bekannten Stand der Technik zu erheblichen Vorteilen führen. Gerade die Verbindung zwischen Rohren und Rohrböden war seit jeher Gegen stand von umfangreichen Untersuchungen und vielen kleinen Verbesserungs schritten, wie durch eine unglaublich hohe Zahl von Veröffentlichungen belegt werden kann.Heat exchangers of the generic type can be called mass products where there are already supposedly minor improvements or Differences from the known prior art lead to considerable advantages. The connection between tubes and tube sheets has always been a problem stood by extensive investigations and many small improvements steps, as evidenced by an incredibly high number of publications can be.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Be zugnahme auf die bei liegenden Figuren beschrieben. The invention is described below using two exemplary embodiments under Be access to the figures described with.

Fig. 1 zeigt die Verbindung Rohr/Rohrboden einer ersten Ausführungsform Fig. 1 shows the connection pipe / tube sheet of a first embodiment

Fig. 2 zeigt eine der Fig. 1 ähnliche Ausführungsform Fig. 2 shows an embodiment similar to Fig. 1

Fig. 3 zeigt den Ausschnitt aus einem Wärmetauscher
Der Wärmetauscher besteht aus einer Vielzahl von Rohren 1, deren Enden 2 in Öffnungen 4 der Rohrböden 3 angeordnet und mit den Durchzügen 5 flüssig keitsdicht durch Löten verbunden sind. Es wurde in den Fig. 1 und 2 nur ein einzi ges Rohr 1 dargestellt, weil sämtliche Rohre 1 des Wärmetauschers in gleicher Weise in den Öffnungen 4 der Rohrböden 3 befestigt sind. Die Rohre 1 sind Flachrohre. Unterhalb des Rohrbodens 3 befindet sich das Kühlnetz, gewöhnlich bestehend aus der genannten Vielzahl von Rohren 1 und zwischen den Rohren 1 angeordneten nicht gezeigten Lamellen bzw. Wellrippen. Durch die Wellrippen hindurch strömt gewöhnlich Kühlluft und innerhalb der Rohre 1 Kühlwasser oder Luft, beispielsweise Ladeluft, die zu kühlen ist. Die Rohrenden 2 sind deutlich un terhalb der Rohrbodenoberfläche 6 angeordnet worden. Im gezeigten Ausfüh rungsbeispiel ist der Abstand der Rohrenden 2 von der Rohrbodenoberfläche 6 gleich der Dicke d des Rohrbodens 3. Das gleiche Maß hat die Breite b der Kon taktfläche-oder Verbindungsfläche 7. An die Verbindungsfläche 7 schließt sich nach oben und nach unten je ein Lötspalt 8 an, der, genau wie die Verbindungs fläche 7 um laufend ausgebildet ist. Das bedeutet, er ist um den gesamten Umfang des Rohres 1 in gleicher Weise ausgebildet. Der Öffnungswinkel α beträgt oben und unten 20°. Es wurde nur der untere Öffnungswinkel α eingezeichnet. Der Rohrboden 3 und/oder die Rohre 1 sind aus lotbeschichtetem Aluminium herge stellt worden. Es könnte sich aber auch um einen anderen lotbeschichteten, metallischen Werkstoff handeln. Wenn die zum Löten erforderliche Temperatur erreicht ist, schmilzt die Lotschicht und wird durch Adhäsionskräfte in die Lötspal ten 8 hineingezogen bzw. haftet in den Lötspalten 8 an. Dadurch wird die Ver bindungsfläche 7 etwas vergrößert, denn je nach dem wieviel Lot vorhanden ist, füllen sich die Lötspalten 8 mit demselben auf und sorgen für eine perfekte, dichte und haltbare Lötverbindung. Fig. 3 shows the section of a heat exchanger
The heat exchanger consists of a plurality of tubes 1 , the ends 2 of which are arranged in openings 4 of the tube sheets 3 and are connected to the passages 5 in a liquid-tight manner by soldering. It has been shown only one only peo ges tube 1 in Figs. 1 and 2, because all of the heat exchanger pipes 1 are mounted in the same way in the openings 4 of the tube trays 3. The tubes 1 are flat tubes. Below the tube sheet 3 there is the cooling network, usually consisting of the said plurality of tubes 1 and fins or corrugated fins, not shown, arranged between the tubes 1 . Cooling air usually flows through the corrugated fins and cooling water or air, for example charge air, which is to be cooled, flows inside the pipes 1 . The tube ends 2 have been arranged clearly below the tube sheet surface 6 . In the example shown, the distance between the tube ends 2 and the tube sheet surface 6 is equal to the thickness d of the tube sheet 3 . The width b of the contact surface or connecting surface 7 has the same dimension. To the connection surface 7 of a respective soldering gap 8 on, just like the connecting surface is formed continuously to 7 which closes upwardly and downwardly. This means that it is formed around the entire circumference of the tube 1 in the same way. The opening angle α is 20 ° at the top and bottom. Only the lower opening angle α was drawn. The tube sheet 3 and / or the tubes 1 have been made of solder-coated aluminum. But it could also be another solder-coated, metallic material. If the required soldering temperature is reached, melts the solder layer and is th by adhesion forces in the Lötspal 8 drawn and adheres to the solder gaps. 8 As a result, the connecting area 7 is somewhat enlarged, because depending on how much solder is present, the soldering gaps 8 fill up with the same and ensure a perfect, tight and durable soldered connection.

Im Gegensatz zu Fig. 1, die das Flachrohr 1 von der Schmalseite zeigt, ist die Fig. 2 eine Ansicht von der Längsseite des Flachrohres 1. Das Ende 2 des Flachrohre 1 ist geringfügig aufgetulpt worden, wobei jedoch auf jeden Fall der obere und untere Lötspalt 8 mit seinen beschriebenen Vorteilen erhalten bleibt. Das Auf tulpen, wozu kein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich ist, weil es bei der Netz montage zeitgleich mit dem Aufziehen der Rohrböden durchgeführt wird, hat die Vorteile, daß der Zusammenhalt der Teile vor dem Löten verbessert ist und daß der Lötspalt 8 enger ist, was die Ahäsionswirkung weiter verbessert. Es wird auch von dem Verformungsgrad der Durchzüge 5 abhängen, ob man sich für diese Ausführungsform entscheidet, oder diejenige aus Fig. 1 wählt.In contrast to FIG. 1, which shows the flat tube 1 from the narrow side, FIG. 2 is a view from the long side of the flat tube 1 . The end 2 of the flat tubes 1 has been slightly sculpted, but in any case the upper and lower soldering gap 8 with the advantages described are retained. On tulips, for which no additional operation is required because it is carried out at the same time as the mounting of the tube sheets in the network assembly, has the advantages that the cohesion of the parts before soldering is improved and that the soldering gap 8 is narrower, which the Adhesive effect further improved. It will also depend on the degree of deformation of the passages 5 whether one decides on this embodiment or chooses the one from FIG. 1.

Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Ladeluftkühlers und zwar nur einen Teil desselben. Flachrohre 1 und gefaltete Lamellen 9 sind zu einem Wärmetauscher netz zusammengefügt. Die heiße Ladeluft strömt durch die Flachrohre 1, wie mit tels Strömungspfeilen angedeutet worden ist. Die Kühlluft strömt frei durch die mit Lamellen 9 belegten Zwischenräume. Das Wärmetauschernetz wird durch ein Seitenteil 10 begrenzt, daß gewöhnlich an den gegenüberliegenden Enden auch mit den Rohrböden 3 verbunden ist. Der Rohrboden 3 hat am umlaufenden Rand eine u-förmige Umformung, in der sich eine Dichtung 11 befindet. In diese u förmige Umformung wird ein sogenannter Luftkasten 12 mit seinem in die um laufende Umformung passenden Randabschluß eingesetzt und mittels Umbiegen einzelner Laschen der u-förmigen Umformung abdichtend befestigt. Die heiße Ladeluft tritt durch den Ladelufteintritt 13 in den Luftkasten 12 ein und verteilt sich auf die Flachrohre 1. Weil die Flachrohre 1 etwas unterhalb des Niveaus des Rohrbodens 3 enden, bleibt der Druckverlust der Ladeluft sehr gering. Fig. 3 shows the basic structure of an intercooler and only part of the same. Flat tubes 1 and folded fins 9 are joined together to form a heat exchanger network. The hot charge air flows through the flat tubes 1 , as has been indicated by means of flow arrows. The cooling air flows freely through the spaces occupied by fins 9 . The heat exchanger network is limited by a side part 10 that is usually also connected to the tube sheets 3 at the opposite ends. The tube sheet 3 has a U-shaped deformation on the peripheral edge, in which a seal 11 is located. In this u-shaped deformation, a so-called air box 12 is inserted with its edge closure fitting into the current deformation and fastened in a sealing manner by bending individual tabs of the u-shaped deformation. The hot charge air enters the air box 12 through the charge air inlet 13 and is distributed over the flat tubes 1 . Because the flat tubes 1 end somewhat below the level of the tube sheet 3 , the pressure drop in the charge air remains very low.

Claims

1. Heat exchanger with a plurality of tubes, the ends of which are inserted into the openings pointing in the tube sheets, towards the heat exchanger network, the cross-section of which is curved inwards, and which are metallically connected in a liquid-tight manner, with through the tubes and around the tubes un different heat-exchanging media flow, characterized in that the tube ends ( 2 ) extend below the level of the tube sheet surface ( 6 ) and form a circumferential contact surface ( 7 ) with the passages ( 5 ), to which there is a soldering gap ( 8 ) on both sides Connects pipe ( 1 ) and passage ( 5 ).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tube ends ( 2 ) are preferably arranged around the thickness (d) of the tube sheet ( 3 ) below the tube sheet surface ( 6 ).

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the soldering gaps ( 8 ) have approximately an opening angle (α) of 10 to 25 ° and both soldering gaps ( 8 ) have the same or different opening angles (α).

4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes ( 1 ) are flat tubes or round tubes whose cross section at the tube ends ( 2 ) is identical to the rest of the tube cross section.

5. Heat exchanger according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the tube ends ( 2 ) are sculpted while maintaining the soldering gap ( 8 ).

6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the circumferential contact or connecting surface ( 7 ) has a width (b) which corresponds approximately to the thickness (d) of the tube sheet ( 3 ).