DE3042602A1

DE3042602A1 - Heat exchange panel mfd. from copper block - includes bores with stainless tubes inserted, then rolled out and tubes inflated

Info

Publication number: DE3042602A1
Application number: DE19803042602
Authority: DE
Inventors: Werner 5208 Eitorf Sczepaniak; Eike Dipl.-Phys. 5227 Windeck Weisner
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1980-11-12
Filing date: 1980-11-12
Publication date: 1982-06-24

Abstract

The arrangement is intended for producing a flat heat exchange panel in the form of a metal sheet with ducts for a heat transfer medium. A metal, e.g. copper, block is provided with bores, and tubes, e.g. in stainless steel, of equal length to the block are inserted in the bores and filled with an anti-weld agent. The block is then rolled in the direction of the tubes to its final panel thickness after which each flattened tube is inflated to open it up and thus to produce the ducts. The tubes may be under-cooled before insertion to give a good fit in the bores.

Description

Verfahren zur Herstellung eines flachen WärmetauschersMethod of manufacturing a flat heat exchanger

aus Metallblech Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur 23erste11ung eines flachen Wärmetauschers aus Metallblech mit mindestens einem ein zu erwärmendes oder zu kühlendes Medium führenden Kanal, bei dem zunächst ein mit mindestens einer Bohrung versehener Metallblock hergestellt, in Richtung des Verlaufs der Bohrungen bis auf das Endmaß durch Walzen gestreckt ;und anschließend jede flachgewalzte Bohrung aufgebläht wird.made of sheet metal The invention relates to a method for first setting a flat heat exchanger made of sheet metal with at least one to be heated or to be cooled medium leading channel, in which initially one with at least one Metal block provided with a hole, in the direction of the bore Stretched to the final dimension by rolling; and then every flat-rolled hole becomes bloated.

Es ist ein Verfahren bekannt (DE-OS 28 47 897), bei dem ein Metallblock mit Bohrungen versehen, in die Bohrungen ein Schweißstoppmittel eingeführt und der Block anschliessend zu einem Blech verwalzt wird. Durch das in den Bohrungen befindliche Schweißstoppmittel wird eine Verschweissung der Innenwandung der Bohrung vermieden, so daß diese beispielsweise durch Anlegen von Preßluft wieder aufgeweitet werden können. Das bekannte Verfahren eignet sich insbesondere für die Herstellung von Wärmetauscherblechen aus Kupfer oder niedriglegierten Kupferlegierungen. Die zwischen den Kanälen liegenden Bereiche wirken in Bezug auf die Kanäle wie eine äußere OberfiächenvergrößerIng und vermögen die aufgenommene Wärme direkt an das in den Kanälen strömende Wärmetauschermedium weiterzuleiten. Aufgrund seiner guten thermischen Leitfähigkeit eignet sich Kupfer in besonders günstiger Weise für diesen Zweck. Für manche Anwendungsfälle, zum Beispiel aus Gründen der Korrosion bzw. der Anschlußtechnik ist Kupfer nicht so gut geeignet, so daß es wünschenswert wäre, daß die mit dem Wärmetauschermedium in Berührung stehende Wandung des Kanals aus einem geeigneteren Metall besteht.A method is known (DE-OS 28 47 897) in which a metal block provided with bores, introduced into the bores a welding stopper and the Block is then rolled into a sheet. By the one in the holes Welding stop agent prevents the inner wall of the bore from becoming welded, so that they are expanded again, for example, by applying compressed air can. The known method is particularly suitable for the production of Heat exchanger sheets made of copper or low-alloy copper alloys. The between Areas lying around the channels act like an external surface enlargement in relation to the channels and are able to transfer the absorbed heat directly to the heat exchanger medium flowing in the channels forward. Due to its good thermal conductivity, copper is suitable in a particularly favorable manner for this purpose. For some use cases, for example for reasons of corrosion or the connection technology, copper is not so well suited, so that it would be desirable that those with the heat exchange medium in contact Wall of the channel consists of a more suitable metal.

Der Lrlilldung liegL von daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, Wärmetauscherbleche herzustellen, welche korrosionsbeständiger sind oder sich leichter installieren lassen, ohne daß der Wärmeübergang auf das in den Kanälen strömende Wärmetauschermedium in nennenswertem Maße eingeschränkt wird.The disclosure is therefore based on the task of a method specify, with which it is possible to produce heat exchanger plates, which are more corrosion-resistant or are easier to install without affecting the heat transfer to the The heat exchanger medium flowing in the channels is limited to a significant extent will.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß in die Bohrung(en) ein Metallrohr nahezu gleicher Länge wie die Bohrung eingeführt wird, vor oder nach dem Einführen ein Schweißstoppmittel in das Rohrinnere eingebracht wird, darauf der Metallblock gemeinsam mit dem Rohr bzw. den Rohren in Längsrichtung der Rohre gewalzt und abschließend jedes flache Rohr aufgebläht wird. Wesentlich ist dabei, daß zwischen dem Rohr und der Kanalwandung ein metallischer Verbund eintritt. Auf die Zugabe eines gesonderten Schweißstoppmittels kann unter Umständen verzichtet werden, wenn die innere Oberfläche des eingeführten Rohres, zum Beispiel durch Oxidation daran gehindert wird, beim Walzen, insbesondere beim Warmwalzen zu verschweißen.This task is carried out in a method of the type mentioned at the beginning solved in that in the bore (s) a metal tube of almost the same length as the bore is inserted before or after inserting a weld stopper is introduced into the pipe interior, then the metal block together with the pipe or the tubes rolled in the longitudinal direction of the tubes and finally each flat Tube is bloated. It is essential that between the pipe and the channel wall a metallic bond occurs. The addition of a separate anti-perspiration agent can possibly be dispensed with if the inner surface of the imported Rohres, for example by oxidation, is prevented when rolling, in particular to be welded during hot rolling.

Wesentlich für eine möglichst gleichmäßige Querschnittsabnahme des Metallblockes und der Rohre während des Walzens ist, daß ein Verbund zwischen der Rohroberfläche und dem Metallblock vor dem Warmwalzen hergestellt und auch während des anschließenden Kaltwalzens aufrechterhalten wird. Aus diesem Grund hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß bei Einführung der Rohre in den Block eine Temperaturdifferenz zwischen Rohr und Block dergestalt herrscht, daß nach Temperaturangleich bei Walztemperatur die Rohre allseitig an der Bohrungswandung anliegen. Zweckmäßigerweise wird man unterkühlte Rohre in die Bohrungen des bereits auf Walztemperatur befindlichen Metallblockes einbringen. Durch diese Maßnahme ist einmal das Einschieben der Rohre wesentlich vereinfacht und vor allen Dingen sichergestellt, daß es zu einem innigen Verbund zwischen der Rohroberf1.-iche und der BohrungsinnenwEndung kommt . Die Diffusionsvorgänge können durch Temperaturerhöhung noch beschleunigt werden.Essential for the most uniform possible reduction in cross-section of the Metal block and the pipes during rolling is that a bond between the Pipe surface and the metal block made before hot rolling and also during the subsequent cold rolling is maintained. the end this Reason it has proven to be advantageous that when the tubes are introduced into the Block there is a temperature difference between pipe and block such that after temperature equalization at rolling temperature, the pipes on all sides of the bore wall issue. Appropriately, one is supercooled pipes in the holes of the already Bring in the metal block at the rolling temperature. By this measure is once the insertion of the pipes is much easier and, above all, ensured, that there is an intimate bond between the pipe surface and the inner wall of the bore comes . The diffusion processes can be accelerated by increasing the temperature will.

Dies gilt auch für die Kaltwalzvorgänge, in dem ggf.This also applies to the cold rolling processes, in which, if necessary,

zwischengeglüht wird.is intermediate annealed.

Eine Diffusionsschichtbildung kann noch dadurch ermöglicht bzw. beschleunigt werden, indem die Rohroberfläche vor dem Einführen mit einer Beschichtung versehen wird, die die Verbindung zwischen Rohr und Bohrung fördert. Die Rohre werden zweckmäßigerweise vor dem Einführen an ihrer äußeren Oberfläche mit einer diffusionshemmenden Beschichtung versehen, vorzugsweise auf der Basis von Nickel oder einer Nickellegierung. Diese Beschichtung ist, sofern eine die Diffusion fördernde Schicht vorgesehen ist, unterhalb dieser Schicht angeordnet. Diese Maßnahme hat sich in den Fällen als zweckmäßig erwiesen, in denen einer der Partner verstärkt zur Diffusion in denanderen Partner neigt. Dies gilt insbesondere für den Fall, daß die Rohre aus Edelstahl bestehen und der Metallblock aus Kupfer besteht. Die Schicht aus Nickel, die zweckmäßigerweise auf galvanischem Wege aufgebracht wird, dient hierbei als Diffusionssperre und verhindert, daß Kupfer in den Edelstahl eindiffundiert.A diffusion layer formation can thereby be made possible or accelerated by coating the pipe surface prior to insertion that promotes the connection between the pipe and the bore. The pipes are expedient before insertion on their outer surface with a diffusion-inhibiting coating provided, preferably based on nickel or a nickel alloy. These If a diffusion-promoting layer is provided, the coating is underneath arranged in this layer. This measure has proven to be appropriate in the cases proven in which one of the partners increases the diffusion in the other partner tends. This is especially true in the event that the tubes are made of stainless steel and the metal block is made of copper. The layer of nickel that is expedient is applied by galvanic means, serves as a diffusion barrier and prevents that copper diffuses into the stainless steel.

Edelstahl ist ein in der Kältetechnik eingeführtes Metall, welches Vorteile gegenüber Kupfer in Bezug auf die Anschlußtechnik hat. Durch die Kombination Edelstahl - Kupfer wird ein für die Kältetechnik geeigneter Wtirmetauscher geschaffen, welcher die Vortf?ile dr guten Wärmeleitfähigkeit, eine einfache Installation auf sich vereiniyt. Ein nach dm erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Wärmetauscherblech läßt sich mit besonderem Vorteil als ab- oder adsorbierende Oberfläche im Hochvakuum verwenden, die bei Kühlung vorzugsweise mit flüssigem Helium als Kryopumpe arbeitet. Die Wirkung der Kryopumpen beruht darauf, daß die in einem Behälter befindlichen Gasmoleküle auf einer tiefgekühlten Oberfläche kondensieren. Die tiefgekühlte Oberfläche wird dadurch er-Z('11(3t, C ß i n den Rohren das Küh Kiihlmittel, vorzugsweise flüssiges Helium strömt. Da bei Kryopumpen üblicherweise die ab- oder adsorbierende Oberfläche in einem Vakuum angeordnet ist und Löt- oder Schweißverbindungen im Vakuum und bei tiefen Temperaturen von Nachteil sind, ist es zweckmäßig, an zumindest einem Ende des Metallbleches die Blechbereiche beiderseits der Rohre auszuschneiden oder abzubeizen. Es entsteht somit eine Verlängerung der Kanäle in Form eines Rohres, dessen Ende beispielsweise aus dem Vakuum herausgeführt und an die Heliumversorgung angeschlossen werden kann.Stainless steel is a metal that has been used in refrigeration technology Has advantages over copper in terms of connection technology. By combining Stainless steel - copper, a heat exchanger suitable for refrigeration technology is created, which the advantages dr good thermal conductivity, easy installation unites. One after dm Process according to the invention produced Heat exchanger plate can be used with particular advantage as an absorbing or adsorbing surface Use in a high vacuum, preferably with liquid helium as a cryopump when cooling is working. The effect of the cryopumps is based on the fact that they are in a container Condense gas molecules on a frozen surface. The frozen surface As a result, the coolant, preferably liquid, becomes the coolant in the pipes Helium flows. As in cryopumps usually the absorbing or adsorbing surface is arranged in a vacuum and soldered or welded connections in a vacuum and at If low temperatures are a disadvantage, it is advisable to use at least one end of the sheet metal, cut out or pickle the sheet metal areas on both sides of the pipes. This creates an extension of the channels in the form of a tube, the end of which for example, brought out of the vacuum and connected to the helium supply can be.

Die Erfindung ist anhand des in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is shown schematically in FIGS Embodiment explained in more detail.

In der Figur l'ist mit 1 ein Kupferblock bezeichnet, der beispielsweise durch Stranggießen hergestellt wurde. Der Kupferblock 1 weist in Längsrichtung verlaufende Kanäle 2 auf, die vorteilhafterweise nachträglich in den Kupfer block 1 eingebracht wurden, beispielsweise durch Tiefbohren. In die Kanäle 2 des auf Walztemperatur erwärmten Blockes werden Rohre 3 aus Edelstahl eingeführt. Die Edelstahlrohre 3 sind auf ca. -700C abgekühlt und legen sich nach Erreichen der Raumtemperatur an die Innenwandung der Bohrungen 2 an. Im Innern der Edelstahlrohre 3 befindet sich ein Schweißstoppmittel, beispielsweise Talkum, Quarz, Molybdän-Disulfid, Kalk, Graphitpulver, Glyzerin bzw. auch Gemische davon, die ein Verschweißen der Innenwandung der Edelstahlrohre 3 verhindern sollen. Der Kupferblock 1 mit den Edelstahlröhrchen 3 wird zunächst warmgewalzt, d.h. bei ca. 7000C, und zwar mit einer sehr starken Querschnittsab- nahme. So wird beispielsweise ein Kupferblock 1 von 210 mm Höhe auf ca. 12 mm heruntergewalzt. Im Anschluß an diesen Warmwalzvorgang wird das dadurch hergestellte Kupferband zunächst von den Oxidationsprodukten spanend befreit und anschließend auf das Endmaß kalt gewalzt. Das nach dem Kaltwalzen erhaltende Produkt ist in de@ Figur 2 dargestellt.In the figure 1 'is denoted by 1 a copper block, for example was made by continuous casting. The copper block 1 has in the longitudinal direction Channels 2, which are advantageously subsequently introduced into the copper block 1 were, for example, by deep drilling. In the channels 2 of the rolling temperature Heated block pipes 3 made of stainless steel are introduced. The stainless steel pipes 3 have cooled down to approx. -700C and apply after reaching room temperature the inner wall of the holes 2. Inside the stainless steel tubes 3 is located a perspiration stopping agent, for example talc, quartz, molybdenum disulfide, lime, graphite powder, Glycerine or mixtures thereof, which weld the inner wall of the stainless steel pipes 3 should prevent. The copper block 1 with the stainless steel tube 3 is first hot-rolled, i.e. at approx. 7000C, with a very large cross-section took. For example, a copper block 1 is rolled down from a height of 210 mm to approx. 12 mm. Following this hot rolling process, the copper strip thus produced is initially freed from the oxidation products by cutting and then cold to the final dimension rolled. The product obtained after cold rolling is shown in de @ FIG.

Es ist ein Kupferblech 4, in welchem die Edelstahlrohre 3 in abgeflachtem Zustand integriert sind. Die Edelstahlrohre 3 werden abschließend aufgebläht.It is a copper sheet 4, in which the stainless steel tubes 3 in flattened State are integrated. The stainless steel pipes 3 are finally inflated.

Um die Edelstahlrohre 3 besser zugänglich zu machen, beispielsweise um die Anschlußtechnik zu vereinfachen, wird das Kupferblechmaterial endseitig über eine bestimmte Länge enfernt, vorzugsweise durch Abbeizen mit Schwefelsäure, so daß die Edelstahlrohre 3 aus dem Kupferblech 4 herausragen (s. Figur 3).To make the stainless steel tubes 3 more accessible, for example In order to simplify the connection technology, the copper sheet material is over at the end removed a certain length, preferably by stripping with sulfuric acid, see above that the stainless steel tubes 3 protrude from the copper sheet 4 (see FIG. 3).

Um ein Eindiffundieren des Kupfers in das Edelstahlröhrchen 3 zu verhindern, werden die Edelstahlröhrchen 3 zweckmäßigerweise vor dem Einführen auf galvanischem Wege mit einer Nickel oder Nickel-Phosphor-Schicht versehen.To prevent the copper from diffusing into the stainless steel tube 3, the stainless steel tubes 3 are expediently galvanized prior to insertion Provide paths with a nickel or nickel-phosphorus layer.

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Claims

Claims method for manufacturing a flat heat exchanger Made of sheet metal with at least one medium to be heated or cooled leading channel, in which initially a metal block provided with at least one bore produced, in the direction of the course of the bore (s) to the final dimension by rolling is stretched and then each flat-rolled hole is inflated. is, thereby characterized in that in the bore (s) a metal tube of almost the same length as the hole is inserted, before or after the insertion, if necessary, a welding stopper is introduced into the pipe interior, then the metal block together with the pipe or the tubes rolled in the longitudinal direction of the tubes and finally each flat Tube is bloated.

2. The method according to claim 1, characterized in that upon introduction of the pipes in the block such a temperature difference between the pipe and the block the rule is that after temperature equalization at rolling temperature, the pipes on all sides the bore wall as gen.

3. VcLfallr-cn according to claim 1 or 2, characterized in that supercooled pipes are introduced into the bores, which are dimensioned so that they are in contact with the wall of the bore on all sides after the temperature has been adjusted.

4. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that that before the rolling passes at elevated temperature by diffusion processes between The wall of the bore and the pipe create a metallic connection between the pipe and the block will.

5. The method according to claim 1 or one of the following characterized that the pipe surface is provided with a coating that the connection promotes the .Pipes with the block through diffusion processes.

6. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in, that the tubes are provided with several coatings on their outer surface be, of which at least one has a diffusion-inhibiting effect, preferably nickel or a nickel alloy is used as a diffusion barrier.

7. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in, that pipes made of stainless steel are inserted into a copper block.

8. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in, that tubes made of a copper-nickel alloy are inserted into a copper block.

9. Use of a prepared according to claim 1 or one of the following Heat exchanger plate as an absorbing or adsorbing surface in a high vacuum, thieves Cooling preferably works with liquid helium as a cryopump.