DE2245091A1 - LIQUID-GAS HEAT EXCHANGER - Google Patents

LIQUID-GAS HEAT EXCHANGER

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DE2245091A1
DE2245091A1 DE19722245091 DE2245091A DE2245091A1 DE 2245091 A1 DE2245091 A1 DE 2245091A1 DE 19722245091 DE19722245091 DE 19722245091 DE 2245091 A DE2245091 A DE 2245091A DE 2245091 A1 DE2245091 A1 DE 2245091A1
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    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
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    • B21D53/00Making other particular articles
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    • B21D53/04Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of sheet metal

Description

METALLGESELLSCHAP'T 6 Frankfurt (Main). 12.9.1972METALLGESELLSCHAP'T 6 Frankfurt (Main). 9/12/1972

Aktiengesellschaft BrQ/GKpAktiengesellschaft BrQ / GKp

6 Frankfurt (Main) ■ 2245091 6 Frankfurt (Main) ■ 2245091

Reuterweg 14Reuterweg 14

Prov. Nr. 7004 MProv. No. 7004 M.

Flüssigkeit-Gas-WärmeaustauscherLiquid-gas heat exchangers

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkoit-Gas-Wärmeaustausoher, insbesondere Flüssigkeit-Luft-Kühler für Verbrennungskraftmaschinen, dessen aus Io tplatti erteil) Leichtmetall, vor-^ugev/eise Aluminium, bzv/. dessen Legierungen bestehenden Bauelemente in der Weise durch Kartlötung miteinander verbunden sind» daß zwischen den "einzelnen als Flachrohre ausgebildeten mit ihrer Schmalseite in Strömungsrichtung des Gases angeordneten Kühlrohren ein gewelltes Kühlr-Äpperiband angebracht ist«The invention relates to a liquid carbon gas heat exchanger, in particular liquid-air coolers for internal combustion engines, whose made of Io tplatti) light metal, preferably ^ ugev / ice Aluminum, or /. its alloys existing components in such a way connected to one another by card soldering are »that between the" individual designed as flat tubes arranged with their narrow side in the flow direction of the gas A corrugated Kühlr-Äpperiband attached to the cooling tubes is"

Bei dem heutigen Entwicklungstrend auf dem Gebiet der Verbrennung skr aftma schinen, insbesondere im Hinblick auf eine Steigerung der Beschleunigungs- sowie Leistungswerte, wird auch der Kühlerbau mit neuen Aufgaben konfrontiert,: So kann die geforderte größere Wärmeaustauschleistung nur durch Kühler in ausgesprochen kompakter Bauweise mit einer großen Wärmeaustauschfläche und mit Werkstoffen hoher Wärmeleitfähigkeit erreicht werden, da der .für die Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung stehende Raum begrenzt und damit -bei einer Leistungssteigerung für den Kühler kein größerer Platz vorbanden ist.With today's development trend in the field of combustion engines, especially with regard to an increase in acceleration and performance values, cooler construction is also confronted with new tasks: For example, the required greater heat exchange capacity can only be achieved with coolers in an extremely compact design with a large heat exchange surface and with materials of high thermal conductivity who achieved the , since the .For the internal combustion engine available space is limited and thus -with an increase in performance for the cooler no larger space is available.

Betrachtet man die Wärmeleitfähigkeit; der für den Bau von Flüssigkeit--Gas--V.räri7ieaustausche2n in Eetracht kommenden Werkstoffe, so zeigt sich, daß praktisch nur Kupfer undLooking at the thermal conductivity; the one for the construction of liquid - gas - V. r äri7ieaustausche2n coming in Eetracht materials, it is found that practically only copper and

- 2 ~ A098U/0585- 2 ~ A098U / 0585

Aluminium den Forderungen nach kompakten kleinen Wärmeaustauschern hoher Wärmeaustauschleisturig gerecht v/erden können. Da Kupfer jedoch ein vergleichsweise kostspieliger Werkstoff ist, geht das Bestreben dahin, anstelle von Kupfer Aluminium oder dessen Legierungen zur Herstellung von Wärmeaustauschern zu verwenden, zumal dadurch zusätzlich eine erhebliche Gewichtsersparnis erzielt wird. Durch optimale Ausbildung der Kühlrohre und deren Verrippung kann man den Wärmeübergang s\rerhältni ssen der jeweiligen Medien Rechnung tragen und somit hohe Wärmeaustauschleistungen erzielen.Aluminum can meet the requirements for compact, small heat exchangers with high heat exchange performance. However, since copper is a comparatively expensive material, efforts are being made to use aluminum or its alloys for the manufacture of heat exchangers instead of copper, especially since this also results in considerable weight savings. By optimally designing the cooling tubes and their ribbing, the heat transfer s \ rerreservni ssen of the respective media can be taken into account and thus high heat exchange rates can be achieved.

d der Herstellung von Wärmeaustauschern aus Aluminium werden lotplattierte Aluminiumbänder, -bleche und -rohre als Bauelemente verwendet, die im Tauchbad oder Ofen durch Hartlötung miteinander verbunden vferden. Eine einwandfreie Lötung von lotplattiertem Aluminium wird nur erreicht, wenn die Oxidhaut des Aluminiums vorher zerstört worden ist. Deshalb müssen die Bauelemente von aus Aluminium herge-, stellten Wärmeaustauschern entweder vor oder während des Lötprozesses mit einem Flußmittel behandelt werden« Die hohe chemische Aggressivität des Flußmittels erfordert es aber, daß der Wärmeaustauscher nach dem Löten sorg.ffä.ltig vom Flußmittel gereinigt v/erden muß. Dieser Reinigui?£s-prozeß ist sehr aufwendig und gelingt nur bedingt vollständig. Besonders bei Wärmeaustauschern, in denen Wasser oder wässrige Medien gekühlt werden, besteht die Gefalir einer Korrosion des Aluminiums durch Flußmitteireate„d the manufacture of heat exchangers made of aluminum are solder-plated aluminum strips, plates, sheets and tubes used as components, the ground in the dipping bath or oven by brazing interconnected v f. Perfect soldering of solder-clad aluminum can only be achieved if the oxide skin of the aluminum has been destroyed beforehand. Therefore, the components of heat exchangers made of aluminum must be treated with a flux either before or during the soldering process. must earth. This cleaning process is very complex and is only partially successful. Especially with heat exchangers in which water or aqueous media are cooled, there is a risk of corrosion of the aluminum by flux agents "

Aus diesem Grund gewinnen in der letzten Zeit Verfahren an Bedeutung, bei denen der Lötvorgang ohne Verwendung von Flußmitteln erfolgt. Diese Verfahren arbeiten mit inerter Atmosphäre, d.h. mit Vakuum oder mit Schutzgas. Dia Tatsache aber, daß aufgrund des fehlenden Flußmittels die oberflächenenergetischen Bedingungen an der Lötstelle lötunfreundlicher sind und dadurch zum Beispiel Spalte oderFor this reason, lawsuits are gaining momentum recently Meaning where the soldering process is done without the use of flux. These processes work with inert Atmosphere, i.e. with vacuum or with protective gas. The fact, however, that due to the lack of flux, the surface energetic conditions at the soldering point are less friendly to soldering and thus, for example, gaps or

A098U/0585 - * -A098U / 0585 - * -

Trennfugen schlechter oder garnicht überbrückt v/erden können, führt dazu, daß bisher in der Praxis Aluminium-Wärmeaustauscher noch nicht großtechnisch flußmittelfrei gelötet werden können. ;Joints can be bridged poorly or not at all, leads to the fact that aluminum heat exchangers in practice so far cannot yet be soldered without flux on an industrial scale. ;

Ferner eignen sich die heute üblichen Baufcrmen, wie sie bei aus Messing und Kupfer bestehenden Wärmeaustauschern angewendet werden, nicht für das-flußmittelfreie Löten von aus Aluminium bestehenden Wärmeaustauschern, da entweder außerordentlich schwierig zu schließende Spalte beim Einlöten der Wasserrohre in die Bodenbleche, entstehen oder Im Falle eingearbeiteter Wasserkästen große Längen an druck- und wasserdicht zu lötenden Längsnähten vorhanden sind.Also suitable today are the usual types of construction, such as those used in heat exchangers made of brass and copper are used, not for flux-free soldering of heat exchangers made of aluminum, as either gaps that are extremely difficult to close when soldering in of the water pipes in the base plates, or in the case of incorporated water boxes, great lengths There are pressure and watertight longitudinal seams to be soldered.

Ferner muß aus Gründen eines vertretbaren Druckabfalles das Flüssigkeitsführungssystem des Wärmeaustauschers so konstruiert sein, daß viele parallel geschaltete Wärmeaustaus chflachen zur Verfügung stehen. Das führte dazu, daß bei der Herstellung von solchen Wärmeaustauschern eine große Zahl druck- und/oder flüssigkeitsdichter sowie eine große Zahl, wärmeleitender Verbindungen notwendig sind, Diese Verbindungen müssen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit möglichst in einem, höchstens aber in -zwei Arbeitsgängen gefertigt werden.Furthermore, for reasons of an acceptable pressure drop the liquid management system of the heat exchanger can be designed in such a way that many heat exchanges are connected in parallel areas are available. That led to the fact that in the manufacture of such heat exchangers, a large number of pressure and / or liquid tight and one Large number of thermally conductive connections are necessary. These connections must be made for reasons of economy If possible in one, but at most in two work steps are manufactured.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die bei aus Aluminium bestehenden Wärmeaustauschern auftretenden Schwierigkeiten zu beseitigen und insbesondere die 'Wärmeaustauscher so zu gestalten, daß die druck- und flüssigkeitsdichten Lötstellen auf eine möglichst geringe Zahl reduziert und die Verlötung aller Bausiemente eines-Wärmeaustauschers in einerc Arbeitsgang in einfacher Art und Weise durchführbar ist.The object of the present invention is now that of from Aluminum occurring in existing heat exchangers To eliminate difficulties and in particular to design the 'heat exchangers so that the pressure and liquid-tight Soldering points reduced to the lowest possible number and the soldering of all components of a heat exchanger can be carried out in a simple manner in one operation.

_ 4 A09 8U/0 58 5_ 4 A09 8U / 0 58 5

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium oder dessen Legierungen, bestehenden Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustauschern die in Strömungsrichtung liegenden benachbarten Flächen der an ihren Enden verschlossenen Kühlrohre im Bereich der über den durch die Enden der Kühlrippenbänder gebildeten Ebenen hinausragenden Teile, die quer zur Strömungsrichtung des Gases jeweils einen größeren Durchmesser als der übrige Teil der Kühlrohre aufweisen und die jeweils mit quer zur Strömungsrichtung des Gases mit auf einer gemeinsamen Achse liegenden Durchbrechungen für den Flüssigkeitsein- und auslauf versehen sind, unmittelbar miteinander verbunden sind.This object is achieved according to the invention in that made of light metal, preferably aluminum or its Alloys, existing liquid-gas heat exchangers the adjacent surfaces of the in the direction of flow cooling tubes closed at their ends in the area of the projecting over the planes formed by the ends of the cooling rib bands Parts that transversely to the direction of flow of the gas each have a larger diameter than the rest of the Have cooling tubes and each with lying on a common axis transversely to the direction of flow of the gas Breakthroughs for the liquid inlet and outlet are provided, are directly connected to one another.

Der Durchmesser der Kühlrohre quer zur Strömungsrichtung des Gases im Bereich der über die durch die Enden gebildeten Ebenen hinausragenden Teile beträgt etwa das 1,5- bis 15--.f3.che, vorzugsweise 3- bis 10-fache des Durchmessers des übrigen Teils der Kühlrohre.The diameter of the cooling tubes across the direction of flow of the gas in the area of the parts protruding beyond the planes formed by the ends is approximately 1.5 to 15 -. f3.che, preferably 3 to 10 times the diameter of the rest Part of the cooling pipes.

Nach Bedarf können die Kühlrohre,' zu denen die Kühlrippenbänder-senkrecht und parallel angeordnet sind, aus einem oder mehreren Kanälen bestehen.If necessary, the cooling tubes, to which the cooling rib bands - can be perpendicular and are arranged in parallel, consist of one or more channels.

Die Kühlrohre werden zweckmäßigerweise aus zwei gleich groß zugeschnittenen und zusammengelegten Blechen, von denen auf wenigstens einem ein Trennmittel im Muster des Flüssigkeitsleitungssystems aufgedruckt ist, durch Walzplattieren und anschließendes pneumatisches oder hydraulisches Aufblähen des Leitungssystems hergestellt.The cooling tubes are expediently made of two sheets of the same size cut and folded together, one of which a release agent is printed on at least one in the pattern of the liquid piping system by roll cladding and then pneumatic or hydraulic Inflation of the pipe system produced.

Danach werden die einzelnen Bauelemente des Wärmeaustauschers, wie an sich bekannt, in eine Spannvorrichtung eingesetzt und flußmittelfrei in inerter Atmosphäre, d.h. in Vakuum oder Schutzgas im Ofen hartgelötet«Then the individual components of the heat exchanger, as known per se, inserted in a clamping device and flux-free in an inert atmosphere, i.e. in a vacuum or Protective gas brazed in the furnace "

- 5 A098U/0585 - 5 A098U / 0585

Eine Abwandlung des Verfahrens besteht darin., daß die Kühlrohre erst nach dem Hartlöten des Wärmeaustauschers aufgebläht werden. Hierbei müssen allerdings die Kühlrippenbänder so geformt sein, daß sie ohne Zerstörung der Lötverbindungen zusammendrückbar sind.A modification of the method consists in the fact that the cooling tubes are only inflated after the heat exchanger has been brazed will. In this case, however, the cooling rib bands must be shaped in such a way that they can be removed without destroying the soldered connections are compressible.

Der erfindungsgemäße FlüSsigkeit-.Gas-Wärmeaustauscher ist im folgenden anhand eines durch einen Kraftfahrzeugkühler senkrecht zur Strömungsrichtung der Luft gelegten Querschnitts näher und beispielhaft erläutert:The liquid / gas heat exchanger according to the invention is in the following with reference to a cross section laid through a motor vehicle radiator perpendicular to the direction of flow of the air explained in more detail and by way of example:

Der durch fluBmi'ttelfreie Hartlötung seiner aus einer lot-, plattierten Aluminiumlegierung bestehenden Bauelemente im Vakuum gefertigten Kühlerblock "besteht aus den als Flachrohre ausgebildeten an ihren Enden Verschlossenen Kühlrohren 1 sowie den zwischen den einzelnen Kübirohren 1 parallel und senkrecht zu diesen angebrachten gewellten" Kül'ilrippenbändern 2, Der Kühlwasser ein- 3 und -auslauf 4 für die Kühlrohre 1 wird durch die Teile der Kühlrohre 1,, die die durch die Enden der Kühlrippenbänder 2 gebildete obere und untere Ebene 5* 6 überragen und in denen auf einer gemeinsamen Achse quer zur Strömungsrichtung des Gases liegende 'Durchbrechungen 7 angeordnet sirrä} gebildet» im Bereich der die obere und untere Ebene 3Λ 6 der Kühlrippenbänder .2 überragenden "Seile der Kühlrohre 1;, deren jewealß benachbarten ,Flächen miteinander verlötet sind, ist der Durchmesser der kühlrohre 1 quer zur -Strömungsrichtun.g des ■Gases um etwa das 3-faeiie Tezv/,» um etwa das 2-fache bei den beiden Endkühlrohren größer als im übrigen Teil der ' Kühlrohre 1.The "cooler block" manufactured by fluid-free brazing of its components made of a soldered, clad aluminum alloy in a vacuum consists of the cooling tubes 1 designed as flat tubes closed at their ends as well as the corrugated "coolers" attached between the individual tubing tubes 1 parallel and perpendicular to them. ilrippenbänder 2, The cooling water inlet 3 and outlet 4 for the cooling tubes 1 is through the parts of the cooling tubes 1 ,, which protrude above the upper and lower levels 5 * 6 formed by the ends of the cooling ribs 2 and in which on a common axis transversely to the direction of flow of the gas lying 'perforations 7 arranged sirrä } formed »in the area of the upper and lower level 3 Λ 6 of the cooling rib bands .2 protruding" cables of the cooling tubes 1 ; whose adjacent surfaces are soldered together, is the diameter of the cooling tubes 1 across the direction of flow of the gas by about 3 times the Tezv /, »by about 2 times at the b Both end cooling pipes are larger than in the rest of the 'cooling pipes 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin., daß der ΐ/ärrneaus tauscher vergleichsweise einfach auf gebaut ist. Durch die Verwendung von walzplattieren - .und aufge-The advantages achieved by the invention are. That the ΐ / ärrneaus exchanger is built to be comparatively simple is. Through the use of roll cladding -. And

_ 6 40981 A/0585_ 6 40981 A / 0585

blähten flachen Kühlrohren, sind die notwendigen druck- und flüssigkeitsdichten Verbindungsstellen auf eine relativ geringe Zahl reduziert. Als Dichtstellen treten bei diesem Wärmeaustauscher nur die kreisrunden Lötstellen zwischen den benachbarten Kühlrohren auf. Diese runden Lötstellen weisen keine Spalte oder Trennfugen auf, sind besonders lötfreundlich, d.h. bestens für die flußmittelfreie Lötung geeignet. Die Herstellung des erfindungsgcmäßen Wärmeaustauschers ist praktisch ohne jeden Ausschuß möglich,.billowing flat cooling tubes, the necessary pressure and liquid-tight connection points are relatively low number reduced. The only sealing points in this heat exchanger are the circular soldering points the adjacent cooling tubes. These round solder joints have no gaps or joints and are special easy to solder, i.e. ideally suited for flux-free soldering. The manufacture of the heat exchanger according to the invention is practically possible without any waste.

PatentäftεόγνchcPatentfteγ νch c

0 9 8 1 4/05850 9 8 1 4/0585

Claims (1)

_ ν —_ ν - PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1) ,Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustauscher, insbesondere Flüssigkeit-— Luft-Kühler für Verbrennungskraftraaschinen, dessen aus lotplattiertem Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium bzw. dessen Legierungen bestehenden Bauelemente in der Weise durch Hartlötung miteinander verbunden sind, daß zwischen den einzelnen als Flachrohre ausgebildeten mit ihrer Schmalseite in Strömungsrichtung des Gases angeordneten. Kühlrohren ein gewelltes Kühlrippenband angebracht ist, dadurch gekennzeichnet,, daß die in "Strömungsr.i. chtung des Gases liegenden jeweils benachbarten Flächen-.der an ihren Enden verschlossenen Kühlrohre (1). im Bereich der über den durch die Enden der .Kühlrippanbander (2) gebildeten Ebenen (5, 6) hinausragenden Teile, die quer zur Stromungsrichtung des Gases einen größeren Durcbmec-ßer als der übrige Teil der Kühlrohre (1) aufweisen und die mit quer zur Stromungsrichtung da.s Gases auf ein^r"gemeinsamen Achse liegenden Durchbrechungen (?) für den Flüssigkeitsein- (3) und -auslauf (4) versehen sind, unmittelbar miteinander verbunden sind. ■1), liquid-gas heat exchangers, in particular liquid-air coolers for internal combustion engines, whose components made of solder-plated light metal, preferably aluminum or its alloys, are connected to one another by brazing in such a way that they are formed as flat tubes between the individual Narrow side arranged in the direction of flow of the gas. Cooling tubes is a corrugated fin strip is attached dadurc h terized ,, that in "Strömungsr.i. Rect on of the gas located respectively adjacent surface .the at their ends sealed cooling tubes (1). In the range of about by the ends of. Kühlrippanbander (2) formed planes (5, 6) protruding parts, which transversely to the flow direction of the gas have a larger diameter than the remaining part of the cooling tubes (1) and which with transverse to the flow direction of the gas on a ^ r " common axis lying openings (?) for the liquid inlet (3) and outlet (4) are provided, are directly connected to each other. ■ 2) Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustausche:·1?:1 nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet. daß der Durchmesser "etwa das 1,5- bis 15-fache, vorzugsweise 3- bis 10-fache desjenigen des übrigen Teils der Kühlrohre (1) beträgt.2) liquid-gas heat exchanges: · 1 ?: 1 according to claim 1. thereby geke nnzeich. that the diameter "is about 1.5 to 15 times, preferably 3 to 10 times that of the remaining part of the cooling tubes (1). 3) Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß.die Kühlrohre (1) in mehrere Kanäle aufgeteilt' sind.3) Liquid-gas heat exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that the cooling tubes (1) are divided into several channels. 4) Verfahren zur Herstellung des Flüssigkeit-Gas-Wärmeaus tauschers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre jev/eils aus4) A method for producing the liquid-gas heat exchanger according to one or more of claims 1 to characterized in that the cooling tubes jev / eils off _ 8 409814/05 8-5_ 8 409814/05 8-5 zwei gleich groß zugeschnittenen und zusammengelegten Blechen, von denen auf wenigstens einem ein Trennmittel im Muster des Leitungssystems aufgedruckt ist, durch Yfalzplattieren und anschließendes pneumatisches oder hydraulisches Aufblähen des Leitungssystems hergestellt werden.two sheets of the same size cut and folded together, of which at least one has a release agent is printed in the pattern of the pipe system, by Yfalzplattieren and then pneumatic or hydraulic inflation of the pipe system can be produced. .5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente des Wärmeaustauschers in einer Spannvorrichtung zusammengesetzt und anschließend in inerter1 Atmosphäre flußmittelfrei miteinander hartverlötet v/erden...5) The method of claim 4, boiled ennzeichnet characterized in that the components of the heat exchanger assembled in a jig and then in an inert atmosphere fluxless brazed together 1 v / ground .. 6) Abwandlung des Verfahrens nach den Ansprüchen '-ι und 5, dadurch gekennzeiohnet, daß die Kühlrohre er.et nach d^:a Hartlöten aufgebläht werden.6) Modification of the method according to claims' -ι and 5, d adurch gekennzei without the fact that the cooling tubes are inflated after d ^: a brazing. 40981 4/058540981 4/0585
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4274482A (en) * 1978-08-21 1981-06-23 Nihon Radiator Co., Ltd. Laminated evaporator
US4775006A (en) * 1986-07-09 1988-10-04 Suddeutsche Kulerfabrik, Julius Fr. Behr Gmbh & Co. Kg Heat exchanger, particularly a coolant evaporator

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