DE29705214U1 - Finned heat exchanger - Google Patents
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Lamellenwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a plate heat exchanger according to the preamble of claim 1.
Bei herkömmlichen derartigen Wärmetauschern sind die Rohre z.B. mit der Schachtwand eines Heizschachtes verlötet oder verschweißt oder es sind mehrere Rohre über Krümmer miteinander verbunden.In conventional heat exchangers of this type, the pipes are soldered or welded to the shaft wall of a heating shaft, for example, or several pipes are connected to one another via elbows.
Während des Betriebes eines solchen Wärmetauschers kommt es zwischen Heizschacht und Lamellenrohr bzw. Lamellenblock, bedingt durch die stark unterschiedlichen Temperaturen, zu starken Dehnungsbelastungen der mit Lamellen bestückten Rohre, z.B. Kupferrohre. Diese Dehnungsbelastungen führen u.U. zum Ausfall des Bauteils.During operation of such a heat exchanger, the pipes fitted with fins, e.g. copper pipes, are subjected to strong expansion stresses between the heating shaft and the finned pipe or finned block due to the greatly differing temperatures. These expansion stresses may lead to the failure of the component.
Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials der Lamellen und des Materials der Schachtwand, die meist aus Stahl hergestellt ist, kommt es während des Verlötens der Rohre der Lamellenwärmetauscher mit der Schachtwand zu Wärmedehnungen zwischen Schachtwand und den Lamellen. Dadurch verformt sich das mit beiden Bauteilen verbundene Rohr, meist ein Kupferrohr, so stark, daß die für die Dichtlötung notwendige Lötspaltgeometrie nachteilig beeinflußt wird. Bedingt durch die dabei entstehenden Undichtheiten müssen manche Wärmetauscher den Lötprozeß ein zweites Mal durchlaufen.Due to the different thermal expansion coefficients of the material of the fins and the material of the shaft wall, which is usually made of steel, thermal expansion occurs between the shaft wall and the fins when the pipes of the finned heat exchanger are soldered to the shaft wall. This causes the pipe connected to both components, usually a copper pipe, to deform so much that the soldering gap geometry required for the seal soldering is adversely affected. Due to the resulting leaks, some heat exchangers have to go through the soldering process a second time.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Lamellenwärmetauscher der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem diese Probleme nicht auftreten.The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a finned heat exchanger of the type mentioned at the beginning in which these problems do not occur.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Lamellenwärmetauscher der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.According to the invention, this is achieved in a plate heat exchanger of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.
Durch den Einsatz von Buchsen kann durch Wahl eines entsprechenden Materials für die Buchsen das Wärmedehnungsverhalten der Rohre beeinflußt und dadurch die Belastungen für die Rohre vermindert werden. Insbesondere die oben erwähnten Probleme beim Verlöten der Rohre mit einer Schachtwand lassen sich durch die Buchsen vermeiden. Außerdem ergibt sich dadurch auch eine größere Standzeit des Lamellenwärmetauschers.By using bushings, the thermal expansion behavior of the pipes can be influenced by choosing an appropriate material for the bushings, thus reducing the loads on the pipes. In particular, the problems mentioned above when soldering the pipes to a shaft wall can be avoided by using the bushings. In addition, this also results in a longer service life for the finned heat exchanger.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 wird ein guter Wärmeübergang vom Rohr zum dieses durchströmenden Medium über die Buchse sichergestellt und dadurch auch das Auftreten von Siedegeräuschen verhindert.The features of claim 2 ensure good heat transfer from the pipe to the medium flowing through it via the bushing and thus also prevent the occurrence of boiling noises.
Die Merkmale des Anspruches 3 steilen sicher, daß die Lötspalte während des Lötprozesses sowohl bei Verwendung einer Lötfolie, wie auch bei der Verschweißung des Rohres mit der Schachtwand positiv beeinflußt werden.The features of claim 3 ensure that the soldering gaps are positively influenced during the soldering process, both when using a soldering foil and when welding the pipe to the shaft wall.
Die Merkmale des Anspruches 4 ermöglichen ein einfacheres Verlöten der Rohre mit der Wand des Heizschachtes, insbesondere, wenn die Buchsen verformt, z.B. aufgeweitet sind. Dadurch ergibt sich eine Verbesserung des Fügevorganges und es wird dadurch auch eine Verbesserung der Strömungsführung erreicht, wodurch eine Verminderung des Strömungswiderstandes erzielt wird.The features of claim 4 enable easier soldering of the pipes to the wall of the heating shaft, especially when the bushings are deformed, e.g. widened. This results in an improvement in the joining process and also an improvement in the flow guidance, which results in a reduction in the flow resistance.
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Lamellen aus einem Chrom-Molybdän-Titan-Stahl, z.B. einen X2CrMoTi182 Stahl, und die Rohre aus einem Chrom-Nikkel-Molybdän-Titan-Stahl, z.B. einen X6CrNiMoTi1722 Stahl, hergestellt sind.It has proven particularly useful if the lamellae are made of a chromium-molybdenum-titanium steel, e.g. X2CrMoTi182 steel, and the tubes are made of a chromium-nickel-molybdenum-titanium steel, e.g. X6CrNiMoTi1722 steel.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich der Vorteil eines durchgehenden Schutzes des Rohres, wodurch sich eine Erhöhung der Standzeit des Wärmetauschers ergibt.The features of claim 5 result in the advantage of continuous protection of the pipe, which results in an increase in the service life of the heat exchanger.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 und schematisch verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Lamellenwärmetauscher. The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Fig. 1 and 2 schematically show various embodiments of the inventive plate heat exchanger.
Der erfindungsgemäße Lamelienwärmetauscher 1 weist ein Kupferrohr 2 auf, auf das Lamellen 3 aufgeschoben und mit dem Rohr 2 verlötet oder verschweißt sind.The finned heat exchanger 1 according to the invention has a copper tube 2 onto which fins 3 are pushed and soldered or welded to the tube 2.
Dabei weisen die Lamellen 3 von einem Kragen 4 umgebene Durchbräche auf, die vom Rohr 2 durchsetzt sind.The slats 3 have openings surrounded by a collar 4 through which the tube 2 passes.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist in das Rohr 2 eine durchgehende Buchse 5 eingeschoben und vollflächig mit dem Rohr 2 verlötet. Dabei ist die durchgehende Buchse im Bereich ihres einen Endes ebenso aufgeweitet, wie das Rohr 2, das im Bereich dieses Endes in einer Bohrung 6 einer Schachtwand 7 gehalten ist. Dabei hintergreift die Aufweitung 8 die Schachtwand 7.In the embodiment according to Fig. 1, a continuous bushing 5 is inserted into the pipe 2 and soldered to the pipe 2 over its entire surface. The continuous bushing is widened in the area of one end, just like the pipe 2, which is held in the area of this end in a hole 6 in a shaft wall 7. The widening 8 engages behind the shaft wall 7.
Das zweite Ende des Rohres 2 ist ebenfalls in einer Bohrung 6 einer zweiten Schachtwand 7' gehalten und hintergreift diese mit einer Aufweitung 8.The second end of the pipe 2 is also held in a bore 6 of a second shaft wall 7' and engages behind it with an expansion 8.
In diesem Endbereich ragt die durchgehende Buchse 5 aus dem Rohr 2 etwas hervor. Dabei ist das Rohr 2 in die Schachtwand 7, T dicht eingelötet.In this end area, the continuous bushing 5 protrudes slightly from the pipe 2. The pipe 2 is soldered tightly into the shaft wall 7, T.
Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 nur dadurch, daß statt einer durchgehenden Buchse 5 in den beiden Endbereichen des Rohres 2 Buchsen 5', 5" eingesetzt sind, wobei die Buchse 2' entsprechend der Aufweitung 8 des Rohres 2 an ihrem einen Ende aufgeweitet ist.The embodiment according to Fig. 2 differs from that according to Fig. 1 only in that instead of a continuous bushing 5, bushings 5', 5" are inserted in the two end areas of the pipe 2, the bushing 2' being widened at one end in accordance with the widening 8 of the pipe 2.
Die zweite Buchse 5" weist lediglich durchgehend gerade Mantellinien auf und endet im wesentlichen in der Ebene der Stirnseite des aufgeweiteten Rohres 2.The second bushing 5" has only continuously straight surface lines and ends essentially in the plane of the front side of the expanded pipe 2.
Dabei sind beide Buchsen 5', 5" vollflächig mit der Innenwand des Rohres 2 verlötet.Both bushings 5', 5" are fully soldered to the inner wall of the pipe 2.
Während des Betriebes des Wärmetauschers kommt es zwischen Schachtwand und Lamellenblock, bedingt durch stark unterschiedliche Temperaturen, zu starken Dehnungsbelastungen des Rohres 2, das meist aus Kupfer hergestellt ist. Diese Dehnungsbelastungen führen letztlich zum Ausfall des Bauteils. Durch den Einsatz der Buchsen 5, bzw. 5' und 5" in dem Rohr 2, bzw. das vollflächige Einlöten der Buchsen in das Rohr 2 können diese Dehnungen verringert werden, wobei durch das vollflächige Einlöten eine stoffschlüssige Verbindung sichergestellt ist. Dadurch ist auch sichergestellt, daß der Wärmeübergang nicht beeinträchtigt wird und dadurch auch Siedegeräusche vermieden werden.During operation of the heat exchanger, the pipe 2, which is usually made of copper, is subjected to strong expansion stresses between the shaft wall and the finned block due to very different temperatures. These expansion stresses ultimately lead to the failure of the component. By using the bushings 5, or 5' and 5" in the pipe 2, or by soldering the bushings over the entire surface into the pipe 2, these expansions can be reduced, whereby the full-surface soldering ensures a material-tight connection. This also ensures that the heat transfer is not impaired and boiling noises are avoided.
Dabei ist es notwendig ein Material auszuwählen, dessen Ausdehnungskoeffizient über dem Ausdehnungskoeffizient des Materials der Lamellen liegt, um während des Lötprozesses gute Lötspalte zu erzielen. Durch die größere Ausdehnung der Buchse 5, 5', 5" während des Lötprozesses werden sowohl die Lötverbindung bei Einsatz einer Folie als auch die zu erwartende Verschweißung von Kupfer- und Edelstahlrohr positiv beeinflußt.It is necessary to select a material whose coefficient of expansion is higher than the coefficient of expansion of the material of the slats in order to achieve good soldering gaps during the soldering process. The greater expansion of the socket 5, 5', 5" during the soldering process has a positive effect on both the soldered connection when using a foil and the expected welding of copper and stainless steel pipes.
Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffzienten von Lamellen-Material und Schacht-Material kommt es während des Lötprozesses zu Wärmedehnungen zwischen Schacht und Lamelle 3. Dadurch verformt sich das mit beiden Bauelementen verbundene Rohr 2 so stark, daß die für die Dichtlötung notwendige Lötspaltgeometrie nachteilig verändert wird. Bedingt durch die dadurch entstehenden Undichtheiten muß ein Teil des Wärmetauschers den Lötprozeß ein weiters Mal durchlaufen. Auch hier wird das Lötergebnis durch den Einsatz der Buchsen 5, 5', 5" positiv beeinflussen.Due to the different thermal expansion coefficients of the fin material and the shaft material, thermal expansion occurs between the shaft and fin 3 during the soldering process. This causes the pipe 2 connected to both components to deform so much that the solder gap geometry required for the seal soldering is adversely changed. Due to the resulting leaks, part of the heat exchanger has to go through the soldering process a second time. Here too, the soldering result is positively influenced by the use of the bushings 5, 5', 5".
Das Rohr 2 und die Buchsen 5, 5', 5" können mit glatten Wänden ausgeführt sein, wobei die Buchsen mehr oder weniger weit aus dem Rohr 2 vorstehen können. Die Buchsen 5, 5', 5" können in ihrer Länge variieren. Ebenso sind Verformungen der Rohr- bzw. Buchsenenden denkbar, die den Fügevorgang erleichtern, ein besseres Lötergebnis erwarten lassen, die Montage von Rohrbogen erleichtern und Vorteile bei der Strömungsführung, bzw. eine Reduzierung des Druckverlustes, mit sich bringen.The pipe 2 and the bushings 5, 5', 5" can be designed with smooth walls, whereby the bushings can protrude more or less far from the pipe 2. The bushings 5, 5', 5" can vary in their length. Deformations of the pipe or bushing ends are also conceivable, which make the joining process easier, allow for a better soldering result, make the assembly of pipe bends easier and bring advantages in terms of flow guidance or a reduction in pressure loss.
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