DE60003848T2

DE60003848T2 - Trennscheibe für wärmetauschersammelrohr und verfahren zu deren montage

Info

Publication number: DE60003848T2
Application number: DE60003848T
Authority: DE
Inventors: Lee Jeffrey INSALACO; Wendell Cowley PHILLIPS
Original assignee: Norsk Hydro ASA
Current assignee: Norsk Hydro ASA
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: EP1238240A2; AU3945801A; WO2001044740A2; ATE244864T1; ES2202223T3; DE60003848D1; US6289980B1; EP1238240B1; CN1247949C; CN1434916A; JP2003526068A; WO2001044740A3

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen den Bau eines Wärmetauschers und Verfahren zu dessen Montage. Diese Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Trennplatte und auf ein Verfahren zum Herstellen von mindestens zwei voneinander getrennten Strömungskreisläufen innerhalb eines Wärmetauschers.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Trennwände werden in vielen verschiedenen Anwendungen zu dem Zweck eingesetzt, den Fluid- und Gasstrom durch rohrförmige Teile, beispielsweise durch ein Verteilerrohr eines Wärmetauschers, zu blockieren und zu leiten. Wärmetauscher umfassen typischerweise Rohre, die zwischen einem Verteilerrohrpaar miteinander verbunden sind. Um die Wärmeübertragungsleistung zu optimieren, wird die Strömung eines fluiden Wärmeübertragungsmediums (Gas oder Flüssigkeit) durch die Rohre oft dadurch gesteuert, dass an bestimmten Stellen innerhalb der Verteilerrohre Trennwände derart eingesetzt werden, dass getrennte und parallele Strömungsbereiche innerhalb des Wärmetauschers dadurch errichtet werden, dass das fluide Medium in geeigneter Weise durch die Rohre des Wärmetauschers geleitet wird.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Trennplattenausführungen und Verfahren zur Montage von Trennplatten in die Verteilerrohre von Wärmetauschern bekannt. Es werden beispielsweise tassenförmige Trennplatten verwendet, die in die innere Rohrleitung eines Verteilerrohres montiert werden, und dann dort durch Hartlöten angelötet werden. Hartlöten ist erwünscht, um mit der Trennplatte eine hoch widerstandsfähige, fluiddichte Abdichtung zu erzielen, besonders dann, wenn der Wärmetauscher ein hartgelötetes Bauteil ist. Ein Problem bei diesen tassenförmigen Trennplatten ist allerdings, dass das Lötflussmittel in dem Verteilerrohr Rückstände bilden kann, wodurch das Innere des Wärmetauschers korrodieren kann. Ein weiterer Ansatz ist die Verwendung von Trennwänden, die durch umfangsverteilte, in der Wand des Verteilerrohres des Wärmetauschers ausgebildete Schlitze eingeführt werden. Beispiele solcher bekannter Trennwände sind in den US 4,825,941 ; 5,125,454; 5,348,083; 5,743,329 und in der Re. 35,742 offenbart worden. Obwohl die Schlitze das Entfernen von Restlötflussmittel aus dem Verteilerrohr erleichtern können, können diese jedoch eine deutliche Schwächung der Wand des Verteilerrohres verursachen, wodurch dessen Fähigkeit, zahlreichen Temperatur- und Druckzyklen standzuhalten, reduziert wird. Zudem neigen die bekannten Trennplatten dazu, vor deren Anlöten an das Verteilerrohr zu verrutschen, so dass aufgrund eines Spalts zwischen der Platte und der Wand des Verteilerrohrs Undichtigkeiten zwischen den Strömungsbereuichen auftreten können.
Hiervon ausgehend besteht ein Bedarf für eine weiterentwickelte Trennplattenausführung, die die Nachteile aus dem Stand der Technik, auch in Bezug auf einen Angriff durch Lötflussmittel, auf eine geschwächte Wand und auf die Gefahr von Undichtigkeiten, vermeidet oder mindert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft eine Trennplatte 14 eines Wärmetauschers umfassend ein erstes und ein zweites Teil mit planaren Abschnitten 32, welche Kanten des ersten und des zweiten Teils definieren, wobei die planaren Abschnitte untereinander derart verbunden sind, dass sie zwischen dem ersten und dem zweiten Teil einen Verbindungsbereich 26 bilden, welcher verformbar ist, um das Zusammenklappen der planaren Abschnitte zu ermöglichen, so dass diese im Wesentlichen parallel sind, wenn der Verbindungsbereich genügend gekrümmt ist, wobei das erste und das zweite Teil jeweils folgende Elemente umfassen:

– einen ersten halbrunden Bereich 40, der durch etwa eine Hälfte seines planaren Abschnitts 32 gebildet ist, wobei dieser erste halbrunde Bereich eine erste halbrunde Kante mit einem ersten Radius definiert und die ersten halbrunden Kanten des ersten und des zweiten Teils einander im Verbindungsbereich berühren;
– einen zweiten halbrunden Bereich 42, der mindestens teilweise durch den restlichen Teil des planaren Abschnitts 32 gebildet wird, wobei dieser zweite halbrunde Bereich eine zweite halbrunde Kante mit einem gegenüber dem ersten größeren, zweiten Radius definiert und die zweiten halbrunden Kanten des ersten und des zweiten Teils im Verhältnis zum Verbindungsbereich einander gegenüberliegend angeordnet sind;
– radial verlaufende Kanten 46, welche die erste halbrunde Kante mit der zweiten halbrunden Kante verbinden; und
– einen Flansch 30, der im Wesentlichen senkrecht zum planaren Abschnitt steht, wobei der Flansch dem Verbindungsbereich gegenüberliegend angeordnet ist, so dass der planare Abschnitt sich zwischen dem Flansch und dem Verbindungsbereich befindet.

Eine derartige Trennplatte wird in der EP-A-0 480 628 beschrieben. Nach dieser neuartigen Trennplattenanordnung springen die Flansche nur senkrecht zum planaren Abschnitt der Trennplatten vor. Dies bedeutet, dass die Leckagegefahr in radialer Richtung immer noch sehr groß ist. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Trennplatte eines Wärmetauschers zu schaffen, mit der dieser Zustand verbessert werden kann. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Flansch sich umlaufend über die radiale Kante hinaus erstreckt.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung nachstehend beispielhaft erläutert:
Die 1 und 2 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht einer Trennplatte eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
Die 3 und 4 sind ein Längsquerschnitt und ein Querschnitt durch ein Verteilerrohr eines Wärmetauschers, in dem die in den 1 und 2 gezeigte Trennplatte erfindungsgemäß angebracht worden ist.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In 3 ist ein Teil einer Wärmetauschereinheit 10 mit einem Verteilerrohr 12 und einer Trennplatte 14 im Querschnitt dargestellt. Wie dort zu sehen ist, trennt die Trennplatte 14 die innere Rohrleitung 16 des Verteilerrohrs 12 in zwei Strömungsbereiche, was in vielen Wärmetauscheranwendungen wünschenswert ist. Am unteren Umfang des Verteilerrohrs 12 sind Rohrschlitze 18 vorgesehen, durch welche nicht dargestellte, das Fluid für einen der durch die Trennplatte 14 begrenzten Strömungsbereich führende Kühlrohre eingeführt und angelötet werden. Zur Vervollständigung der Einheit 10 wird ein zweites Verteilerrohr in herkömmlicher Weise an die entgegengesetzten Enden der Rohre montiert. In der Figur ist das Verteilerrohr 12 ein nahtgeschweißtes Rohr mit rundem Querschnitt. Aus ver schiedenen, aus dem Stand der Technik bekannten Gründen sind Verteilerrohr 12 und Rohre vorzugsweise aus einer mit einer eutektischen Aluminium-Silizium-Lötlegierung überzogene Aluminiumlegierung wie zum Beispiel die Aluminiumlegierungen AA 4045, AA 4047 und AA 4343 (wobei AA die Bezeichnung nach der Aluminium Association ist) hergestellt. Diese hochsiliziumhaltigen Lötlegieruungen haben eine niedrigere Schmelztemperatur als die Aluminium-Grundlegierung, welche oft eine AA 3003 Legierung ist und nominal chemisch aus etwa 1,2 Gewichtsprozent Mangan besteht, wobei der Rest im Wesentlichen Aluminium ist. Die Überzugsschicht liefert eine genügende Menge an Lötlegierung, so dass fluiddichte Lötungen entstehen, wenn das Verteilerrohr 12, die Trennplatte 14 und die Rohre, die zusammengefügt worden sind, auf eine Temperatur erhitzt werden, die über der Schmelztemperatur des Überzugs aber unter der Schmelztemperatur der Aluminium-Grundlegierung liegt. Der Fachmann wird erkennen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine große Bandbreite verschiedener Verteilerrohrausbildungen möglich ist, die in erheblichem Maße von der in 3 gezeigten abweichen.
Die in 3 gezeigte Trennplatte 14 ist in einem in der den Rohrschlitzen 18 gegenüberliegenden Wand 22 des Verteilerrohrs 12 gebildeten Schlitz 20 angebracht. Wie 4 erkennen lässt, erstreckt sich der Schlitz 20 vorzugsweise über den halben Umfang des Verteilerrohrs 12. Im montierten Zustand ist die Trennplatte 14 zusammengeklappt, wobei zwei Teile 24 über einen sogenannten Verbindungsbereich 26 befestigt sind und dieser Verbindungsbereich, wie aus 3 ersichtlich, eine scharfe Krümmung bildet, so dass der Teil der Trennplatte, der in der inneren Rohrleitung 16 liegt, insgesamt V-förmig ist. Der Verbindungsbereich 26 kommt zwischen einem angrenzenden Paar Rohrschlitze 18 mit der Wand 22 des Verteilerrohrs 12 in Anlage und wird mit einer Lötung 28 unter Bildung einer fluiddichten Fuge befestigt. Dem Verbindungsbereich 26 gegenüber ist auf jedem Teil 24 jeweils ein Flansch 30 vorgesehen. Jeder Flansch 30 ist ungefähr rechtwinklig zu einem planaren Bereich 32 seines Teils 24 angeordnet, welcher primär den Abschnitt eines jeweiligen Teils 24 definiert, der sich innerhalb der inneren Rohrleitung 16 des Verteilerrohres 12 befindet. Die Flansche 30 erstrecken sich in entgegen gesetzte Richtungen und kommen auf gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes 20 in Anlage mit der Außenfläche des Verteilerrohrs 12.
Die Flansche 30 sind hier durch Lötungen 34 mit der Verteilerrohrwand 22 verbunden, wodurch die Wand 22 um den Schlitz 20 herum erheblich verstärkt wird. Schließlich weist jedes Teil 24 eine Erhöhung 36 auf, die sich von seinem planaren Abschnitt 32 aus in die gleiche Richtung wie sein Flansch 30 erstreckt. Der umlaufende Rand 38 der Wand 22, der durch den Schlitz 20 gebildet wird, ist zwischen dem Flansch 30 und dem Vorsprung 36 eines jeden Teils 24 eingefasst, wodurch die Trennplatte 14 vor dem endgültigen Festlöten vorübergehend innerhalb des Schlitzes 20 festgehalten wird.
In den 1, 2 und 3 weist die Trennplatte 14 eine grundsätzlich symmetrische Ausbildung auf, wobei der Verbindungsbereich 26 die Symmetrieachse bildet. Um diese an das in den 3 und 4 veranschaulichte runde Verteilerrohr 12 zu montieren, sind die Teile 24 der Trennplatte 14 in den 1 und 2 kreisförmig ausgebildet. Der planare Bereich 32 eines jeden Teils 24 besteht insgesamt aus zwei halbrunden Bereichen 40 und 42, wobei ein erster Bereich 40 eine halbrunde Kante 44 des Teils 24 begrenzt, während der zweite Bereich 42 durch den Flansch 30 umrandet ist, und eine radial verlaufende Kante 46 die halbrunde Kante 44 mit dem Flansch 30 verbindet. Der zweite halbrunde Bereich 42 hat einen größeren Radius als der erste halbrunde Bereich 40, wobei der Unterschied, wie 4 erkennen lässt, in etwa der Stärke der Verteiler rohrwand 22 entspricht. Der Vorsprung 36 eines jeden Teils 24 liegt innerhalb des zweiten halbrunden Bereichs 42 in einem Abstand zum ersten halbrunden Bereich 40, der kleiner ist als der Radius des ersten halbrunden Bereichs 40, so dass er im montierten Zustand der Trennplatte 14 innerhalb der Innenfläche der Wand 22 liegt. Zudem liegt jeder Vorsprung 36 in einem Abstand von seinem angrenzenden Flansch 30, der geringfügig kleiner ist, als der Unterschied zwischen den Radien des ersten und des zweiten halbrunden Bereichs 40 und 42, wodurch dieser leicht mit dem Rand 38 der Wand 22 in Eingriff kommt.
Wie 4 erkennen lässt, ist es dank der bevorzugten räumlichen Anordnung der strukturellen Bestandteile der Teile 24 möglich, dass beim Einführen der Trennplatte 14 durch den Schlitz 20 die Kante 44 eines jeden Teils 24 entweder in Anlage mit der Wand 22 des Verteilerrohrs 12 kommt, oder unmittelbar an dieser angrenzend angeordnet wird. Weiterhin wird der den Schlitz 20 umgebende Rand 38 der Verteilerrohrwand 22 zwischen Flansch 30 und Vorsprung 36 dadurch festgehalten, dass der Vorsprung 36 im planaren Bereich 32 relativ zum Flansch 30 und zur Kante 44 angeordnet wird. Da die Trennplatte 14 zusammengeklappt ist, werden die Teile 24 leicht vorgespannt, so dass sie voneinander weg- und gegen den Schlitz 20 gedrückt werden, wodurch die Trennplatte 14 vor deren endgültigem Festlöten anhand der Lötungen 28 und 34 zuverlässiger in dem Schlitz 20 festgehalten wird. Hier liegt die radial verlaufende Kante 46 am Längsabschnitt des Rands 38 der Wand 22 an, oder sie ist zumindest unmittelbar angrenzend an dieser angeordnet, während der Flansch 30 sich umlaufend über die radial verlaufende Kante 46 hinaus erstreckt, so dass der Schlitz 20 durch die Lötung 34 besser abgedichtet wird und möglicherweise, zum besseren Halt der Trennplatte 14 vor dem Anlöten, eine zusätzliche Greifwirkung um den Umfang des Verteilerrohrs 12 erzeugt.
Obwohl die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, wird der Fachmann ohne weiteres andere Formen finden. Die Erfindung wird daher nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt.

Claims

Trennplatte (14) eines Wärmetauschers umfassend ein erstes und ein zweites Teil mit planaren Abschnitten (32), welche Kanten des ersten und des zweiten Teils definieren, wobei die planaren Abschnitte (32) untereinander derart verbunden sind, dass sie zwischen dem ersten und dem zweiten Teil einen Verbindungsbereich (26) bilden, welcher verformbar ist, um das Zusammenklappen der planaren Abschnitte (32) zu ermöglichen, so dass diese im Wesentlichen parallel sind, wenn der Verbindungsbereich (26) genügend gekrümmt ist, wobei das erste und das zweite Teil jeweils folgende Elemente umfassen:
– einen ersten halbrunden Bereich (40), der durch etwa eine Hälfte seines planaren Abschnitts (32) gebildet ist, wobei dieser erste halbrunde Bereich (40) eine erste halbrunde Kante mit einem ersten Radius definiert und die ersten halbrunden Kanten des ersten und des zweiten Teils einander im Verbindungsbereich (26) berühren;
– einen zweiten halbrunden Bereich (42), der mindestens teilweise durch den restlichen Teil des planaren Abschnitts (32) gebildet wird, wobei dieser zweite halbrunde Bereich (42) eine zweite halbrunde Kante mit einem gegenüber dem ersten größeren, zweiten Radius definiert und die zweiten halbrunden Kanten des ersten und des zweiten Teils im Verhältnis zum Verbindungsbereich (26) einander gegenüberliegend angeordnet sind;
– radial verlaufende Kanten (46), welche die erste halbrunde Kante mit der zweiten halbrunden Kante verbinden; und
– einen Flansch (30), der im Wesentlichen senkrecht zum planaren Abschnitt (32) steht, wobei der Flansch dem Verbindungsbereich (26) gegenüberliegend angeordnet ist, so dass der planare Abschnitt (32) sich zwischen dem Flansch und dem Verbindungsbereich (26). befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (30) sich umlaufend über die radiale Kante (46) hinaus erstreckt. Trennplatte (14) eines Wärmetauschers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (26) derart gekrümmt ist, dass die planaren Abschnitte (32) nicht in derselben Ebene liegen und einen Vförmigen Bereich der Trennplatte (14) definieren. Trennplatte (14) eines Wärmetauschers nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (26) derart gekrümmt ist, dass die Trennplatte V-förmig ist. Trennplatte (14) eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennplatte (14) symmetrisch zum Verbindungsbereich (26) ist. Trennplatte (14) eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil eine Erhöhung aufweist, die sich von seinem planaren Abschnitt (32) aus in den zweiten halbrunden Bereich (42) hinein erstreckt, wobei die Erhöhung in einem Abstand vom Flansch vorgesehen ist, der geringer ist als der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Radius.