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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Herstellen eines Mehrrohrwärmetauschers und insbesondere auf ein
verbessertes Herstellungsverfahren, das geeignet ist zum
Verlöten eines Paares von Tanken und einer Mehrzahl von
Wärmeübertragungsrohren.
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Ein herkömmlicher Mehrrohrwärmetauscher weist allgemein ein Paar
von Tanken, die voneinander getrennt sind, und eine Mehrzahl von
Wärmeübertragungsrohren, die fluidmäßig zwischen den Tanken
verbunden sind, auf. Rohreinführungslöcher sind in Wänden der
entsprechenden Tanke vorgesehen. Endabschnitte der entsprechenden
Rohre sind in entsprechende Rohreinführungslöcher eingeführt und
daran gelötet.
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Bei der Herstellung solch eines Mehrrohrwärmetauschers, wie er
zum Beispiel in Fig. 5 gezeigt ist, ist ein Paar von Tanken 101
und 102 eines Mehrrohrwärmetauschers 100 an einer vorbestimmten
Positionsbeziehung durch Tanktragteile 104a und 104a einer
Spannvorrichtung 103 befestigt. In diesem Zustand wird eine
Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren 105 an die Tanke 101 und
102 in einem stehenden Zustand angelötet und fluidmäßig damit
verbunden. Jedes Wärmeübertragungsrohr 105 greift an eine
Tankwand 101a eines Tankes 101 an einem Ende 105a und eine Tankwand
102a des anderen Tankes 102 an dem anderen Ende 105b an, wie zum
Beispiel in Fig. 6 gezeigt ist.
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Bei solch einem Herstellungsverfahren werden jedoch, wenn sie
zum Löten erwärmt werden, Wärmeübertragungsrohre 105 von beiden
Seiten durch die Tanktragteile 104a und 104b der
Spannvorrichtung 103 fixiert. Die Verlängerung der Wärmeübertragungsrohre
105 wird durch die Spannvorrichtung 103 beschränkt. Der
Wärmeausdehnungskoeffizient der Spannvorrichtung 103 ist im
allgemei
nen niedriger als der der Teile, die den Wärmetauscher bilden,
insbesondere der der Wärmeübertragungsrohre 105. Als Resultat
können sich die Wärmeübertragungsrohre 105 verbiegen oder
verformen.
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Zum Lösen solcher Probleme hat die Anmelderin zuvor die in Fig.
7 gezeigte Anordnung vorgeschlagen (interner Stand der Technik).
In Fig. 7 ist der Tank 101 des Wärmetauschers 100 durch
Tanktragteile 104 der Spannvorrichtung 103 aufgehängt. Der
Mehrrohrwärmetauscher ist aufgebaut, wie zum Beispiel in Fig. 8 gezeigt
ist. Ein Eingriffsabschnitt 105c an einem Ende eines jeden
Wärmeübertragungsrohres 105 greift an die Tankwand 101a des Tankes
101 an, und der Eingriffsabschnitt 105d des anderen Endes greift
an die Tankwand 102a des Tankes 102 an. Das Gewicht des Tankes
102 wird auf die Wärmeübertragungsrohre 105 durch den Eingriff
der entsprechenden Eingriffsabschnitte 105c und 105d in Bezug
auf die Tankwände 101a und 102a während der oben beschriebenen
Aufhängung ausgeübt. Spannung wird auf die
Wärmeübertragungsrohre 105 durch das Gewicht des Tankes 102 ausgeübt. In solch einem
Zustand wird das Löten und Abkühlen ausgeführt, wodurch Biegen
oder Verbiegen der Wärmeübertragungsrohre 105 verhindert wird.
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Da jedoch bei dem oben beschriebenen Vorschlag der Wärmetauscher
100 vor dem Löten aufgehängt werden muss, ist es notwendig, die
Eingriffsabschnitte 105c und 105d an den Enden der
Wärmeübertragungsrohre 105 vorzusehen. Solche Eingriffsabschnitte 105c und
105d machen den Wärmetauscher komplizierter und teurer. Daher
ist ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrrohrwärmetauschers
wünschenswert, dass Biegen oder Verbiegen der
Wärmeübertragungsrohre effektiver verhindert.
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Diese und andere Nachteile des Standes der Technik sollen durch
die Erfindung der bevorzugten Ausführungsformen überwunden
werden.
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Es würde wünschenswert sein, ein Verfahren zum Herstellen eines
Mehrrohrwärmetauschers vorzusehen, das bei dem richtigen
Positionieren und Beabstanden der Rohre helfen kann und Verbiegen
oder Verformung der Wärmeübertragungsrohre während des
Lötvorganges verhindert.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrrohrwärmetauschers gemäß
der vorliegenden Erfindung wird hierin vorgesehen. Der
Mehrrohrwärmetauscher weist ein Paar von voneinander getrennten Tanken
und eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren auf, die
fluidmä-Big zwischen den Paar von Tanken verbunden sind. Das Paar von
Tanken ist an den Wärmeübertragungsröhren angelötet. Das
Herstellungsverfahren weist die Schritte des Befestigens des Paares
von Tanken vor dem Löten an einer Spannvorrichtung auf, die aus
einem ersten Material mit einem Wärmeexpansionskoeffizienten (=
ein Wärmekontraktionskoeffizient) niedriger als der der
Wärmeübertragungsrohre gebildet ist. Als nächstes wird eine Spannung
an die Wärmeübertragungsrohre in einer axialen Richtung gemäß
der Differenz der Wärmeexpansionskoeffizienten der
Wärmeübertragungsrohre und der Spannvorrichtung angelegt. Die Spannung wird
angelegt, nachdem das Paar von Tanken und die
Wärmeübertragungsrohre auf den Lötvorgang folgend abgekühlt sind.
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Bei dem Herstellungsverfahren ist es bevorzugt, dass die
entsprechenden Enden eines jeden Wärmeübertragungsrohres an eine
entsprechende Wand eines jeden Tankes angreifen. Die Wand des
einen Tankes kann sich relativ zu den Rohren in einer axialen
Richtung während des Lötvorganges bewegen.
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Die Spannvorrichtung weist einen ersten Abschnitt zum Befestigen
des ersten Tankes, einen zweiten Abschnitt zum Befestigen des
zweiten Tankes und einen sich zwischen dem ersten und dem
zweiten Abschnitt in einer Richtung entlang der axialen Richtung der
Wärmeübertragungsrohre erstreckenden Tragabschnitt auf.
Mindestens der Tragabschnitt kann aus dem ersten Material gebildet
werden, das einen niedrigeren Wärmeexpansionskoeffizienten
aufweist.
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Wenn die Tanke und die Wärmeübertragungsrohre zum Löten erwärmt
werden, dehnt sich die das Paar von Tanken befestigende
Spannvorrichtung thermisch so aus, dass die Tanke weiter voneinander
getrennt werden. Zu der gleichen Zeit dehnen sich die
Wärmeübertragungsrohre thermisch in der gleichen Richtung aber weiter
aus. Mindestens ein Endabschnitt eines jeden
Wärmeübertragungsrohres kann sich in einen entsprechenden Tank durch die
thermische Expansion ausdehnen. Bei dem Kühlvorgang nach dem Löten
sind beide Endabschnitte der Wärmeübertragungsrohre an den
Wänden der entsprechenden Tanke durch Koagulation des Lötmateriales
befestigt. In, solch einem Zustand kontrahieren die
Wärmeübertragungsrohre und die das Paar von Tanken befestigende
Spannvorrichtung thermisch in der axialen Richtung der
Wärmeübertragungsrohre durch das Kühlen. Da der Wärmekontraktionskoeffizient
der Spannvorrichtung niedriger als der
Wärmekontraktionskoeffizient der Wärmeübertragungsrohre ist, kommen die
Wärmeübertragungsrohre unter Spannung während des Kühlvorganges. Es wird
nämlich eine geeignete Spannung an die Wärmeübertragungsrohre in
der axialen Richtung unter Benutzung des Kühlens nach dem Löten
angelegt. Als Resultat kann Biegen, Verbiegen oder irgendeine
andere unerwünschte Verformung der Wärmeübertragungsrohre
verhindert werden.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die geeigneten Figuren verstanden.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf
die geeigneten Figuren beschrieben, die als Beispiel nur gegeben
sind und nicht zum Begrenzen der vorliegenden Erfindung gedacht
sind.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines
Mehrrohrwärmetauschers, der durch ein Verfahren gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
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Fig. 2 ist eine vergrößerte vertikale Teilschnittansicht des in
Fig. 1 gezeigten Mehrrohrwärmetauschers.
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Fig. 3 ist eine schematische vertikale Schnittansicht einer in
der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
verwendeten Spannvorrichtung.
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Fig. 4 ist eine teilweise vertikale Schnittansicht eines
Mehrrohrwärmetauschers, der durch ein Verfahren gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
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Fig. 5 ist eine schematische vertikale Schnittansicht einer
herkömmlichen Spannvorrichtung.
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Fig. 6 ist eine vergrößerte vertikale Teilschnittansicht des in
Fig. 5 gezeigten Mehrrohrwärmetauschers.
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Fig. 7 ist eine schematische vertikale Schnittansicht einer
Spannvorrichtung, die bei einem Verfahren verwendet wird, das
zuvor von der Anmelderin vorgeschlagen worden ist (interner
Stand der Technik).
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Fig. 8 ist eine vergrößerte vertikale Teilschnittansicht des in
Fig. 7 gezeigten Mehrrohrwärmetauschers.
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Es wird Bezug genommen auf Fig. 1 und 2, ein
Mehrrohrwärmetauscher 1 ist gemäß einer ersten Ausführungsform vorgesehen.
Der Wärmetauscher 1 weist ein Paar von Tanken 2 und 3 auf. Eine
Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren 4 (z. B. Kühlrohre mit einem
kreisförmigen Querschnitt) ist fluidmäßig zwischen den Tanken 2
und 3 verbunden. Ein Einlassrohr 5 und ein Auslassrohr 6 sind
mit dem Tank 2 verbunden. Seitenplatten 7 sind zwischen jeder
Seite des Tankes 2 und jeder Seite des Tankes 3 vorgesehen. Ein
Wärmeaustauschmedium, z. B. ein Kühlmittel wird in den Tank 2
durch das Einlassrohr 5 eingeführt, und nachdem es durch den
Wärmetauscher 1 zirkuliert ist, fließt das Wärmeaustauschmedium
aus dem Tank 2 durch das Auslassrohr 6 heraus.
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Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist jedes Wärmeübertragungsrohr 4 in
ein Rohreinführungsloch 9, das in einer Tankwand 8 des Tankes 2
an einem ersten Endabschnitt 12 abgegrenzt ist, und in ein
Rohreinführungsloch 11, das in einer Tankwand 10 des Tankes 3 an
einem zweiten Endabschnitt 13 abgegrenzt ist, eingeführt. An
einem Endabschnitt 12 weist das Wärmeübertragungsrohr 4 einen
Flanschabschnitt 14 auf, der als ein Eingriffsabschnitt
vorgesehen ist, der mit einer entsprechenden Tankwand 8 des Tankes 2 in
Eingriff kommen kann. Der Flanschabschnitt 14 ist als
ringartiger Abschnitt gebildet, der von einem Umfang des
Wärmeübertragungsrohres 4 in radialer äußerer Richtung des Rohres 4
vorsteht. Dieser Flanschabschnitt 14 greift an die obere Oberfläche
der Tankwand 8 (die innere Oberfläche der Tankwand 8 des Tankes
2) an, nachdem das Wärmeübertragungsrohr 4 in das
Rohreinführungsloch 9 von der oberen Seite der Figur eingeführt worden
ist. Der andere Endabschnitt 13 des Wärmeübertragungsrohres 4
ist in einer geraden Röhrenform gebildet. Der andere
Endabschnitt 13 des Wärmeübertragungsrohres 4 ist in das
Rohreinführungsloch 11 von der Oberseite der Figur eingeführt. Dieser
Abschnitt des Wärmeübertragungsrohres 4 ist frei, um sich in der
axialen Richtung relativ zu der Tankwand 11 zu bewegen.
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Eine Spannvorrichtung zum Löten ist zum Beispiel so gebildet,
wie in Fig. 3 gezeigt ist. In Fig. 3 weist eine
Spannvorrichtung 5 einen ersten Abschnitt 16a (einen oberen Abschnitt) zum
Befestigen des ersten Tankes 2 (ein oberer Tank), einen zweiten
Abschnitt 16b (einen unteren Abschnitt) zum Befestigen des
zweiten Tankes 3 (ein unterer Tank) und einen Tragabschnitt 17, der
sich zwischen dem ersten und dem zweiten Tank 2 und 3 entlang
der axialen Richtung der Wärmeübertragungsrohre 4 erstreckt,
auf. Die Spannvorrichtung 15, insbesondere mindestens der
Tragabschnitt 17 der Spannvorrichtung 15 weist einen
Wärmekontraktionskoeffizienten niedriger als der Wärmekontraktionskoeffizient
der Wärmeübertragungsrohre 4 auf.
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Bei dieser Ausführungsform wird der Mehrrohrwärmetauscher 1 wie
folgt zusammengesetzt und hergestellt.
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Zuerst werden, wie in Fig. 2 gezeigt ist, die
Wärmeübertragungsrohre 4 in die Rohreinführungslöcher 9 und 11 der Tanke 2
und 3 an beiden Endabschnitten 12 bzw. 13 eingeführt. Der
Flanschabschnitt 14 eines jeden Wärmeübertragungsrohres 4 kann
entweder vor der oben beschriebenen Rohreinführung oder nach der
Rohreinführung gebildet werden.
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In diesem zusammengesetzten Zustand greift der Flansch 14 eines
jeden Wärmeübertragungsrohres 4 an die innere Oberfläche der
Tankwand 8 an. Das andere Ende 13 eines jeden
Wärmeübertragungsrohres 4 ist frei, um sich axial in dem Rohreinführungsloch 11
relativ zu der Tankwand 10 zu bewegen. Diese Richtung ist die
gleiche Richtung, in der sich das Wärmeübertragungsrohr 4
während des Lötens verlängert.
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Der Wärmetauscher 1 wird dann in einem Ofen gelötet. Beide Tanke
2 und 3 sind durch die Abschnitte 16a bzw. 16b fixiert. Während
des Lötens in dem Ofen verlängern sich die
Wärmeübertragungsrohre 4 in der axialen Richtung. Da sich jedoch der zweite
Endabschnitt 13 frei in der axialen Richtung relativ zu der Tankwand
10 des Tankes 3 bewegen kann, tritt die Verlängerung aufgrund
der thermischen Expansion an dem zweiten Endabschnitt 13 auf,
wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 gezeigt ist. Somit
wird der thermischen Expansion eines jeden
Wärmeübertragungsrohres 4 an den zweiten Endabschnitt 13 Rechnung getragen. Daher
kann Biegen, Verbiegen oder irgendeine andere sonst unerwünschte
Verformung der Wärmeübertragungsrohre 4 geeignet verhindert
werden.
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Während des Lötens verlängert sich die Spannvorrichtung 15
ebenfalls in die gleiche Richtung wie die der Wärmeübertragungsrohre
4. Der Betrag der Verlängerung der Spannvorrichtung 15 ist
jedoch kleiner als der der Wärmeübertragungsrohre 4.
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Während des Kühlens nach dem Löten ziehen sich die
Wärmeübertragungsrohre 4 in der axialen Richtung zusammen. Da jedoch beide
Endabschnitte 12 und 13 der Wärmeübertragungsrohre 4 an den
Tanken 2 bzw. 3 durch das Gerinnen des Lötmateriales befestigt
sind, ist die thermische Kontraktion der Wärmeübertragungsrohre
4 beschränkt. Obwohl sich die Spannvorrichtung 15 ebenfalls in
der gleichen Richtung zusammenzieht, ist der Betrag der
thermischen Kontraktion der Spannvorrichtung 15 kleiner als der der
Wärmeübertragungsrohre 4. In der Praxis sind jedoch die
Spannvorrichtung 15 und die Wärmeübertragungsrohre 4 mechanisch über
die Tanke 2 und 3 und das geronnene Lötmaterial verbunden. Als
Resultat wird eine Spannung auf die Wärmeübertragungsrohre 4 in
der axialen Richtung als Resultat der Differenz der
Wärmekontraktionskoeffizienten der Spannvorrichtung 15 und der
Wärmeübertragungsrohre 4 ausgeübt. Daher wird der gelötete
Wärmetauscher 1 in einem Zustand abgekühlt, indem Spannung auf die
Wärmeübertragungsrohre 4 ausgeübt wird, und Biegen, Verbiegen oder
Verformung der Wärmeübertragungsrohre 4 kann vermieden werden.
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Fig. 4 zeigt einen Abschnitt eines Mehrrohrwärmetauschers, der
durch ein Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Bei dieser Ausführungsform
ist ein Ende 12 eines jeden Wärmeübertragungsrohres 4 als
gerades Rohr gebildet, und ein Flanschabschnitt 14 ist auf dem
anderen Ende 13 gebildet. Der Flansch 14 greift an die äußere
Oberfläche der Tankwand 10 an. Das Ende 12 ist frei, so dass es sich
durch das Rohreinführungsloch 9 in der axialen Richtung des
Rohres 4 relativ zu der Tankwand 8 des Tankes 2 bewegen kann.
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Bei dieser Ausführungsform kann Biegen, Verbiegen oder Verformen
der Wärmeübertragungsrohre 4 während des Erwärmens durch die
Kombination des Flansches 4 und den relativ bewegbaren
Endabschnitt 12 verhindert werden. Weiterhin kann Biegen, Verbiegen
oder Verformen der Wärmeübertragungsrohre 4 während des auf das
Löten folgende Kühlen verhindert werden als Resultat, dass die
Spannvorrichtung einen Wärmekontraktionskoeffizienten niedriger
als der der Wärmeübertragungsrohre 4 aufweist, wie bei der
ersten Ausführungsform beschrieben worden ist.
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Bei der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform
sind die Materialien, die die Wärmeübertragungsrohre 4 und die
Spannvorrichtung 15 bilden, nicht besonders beschränkt, solange
die oben beschriebene Beziehung der
Wärmekontraktionskoeffizienten erfüllt ist und Spannung an die Wärmeübertragungsrohre 4
während des auf das Löten folgenden Abkühlvorganges angelegt
wird.
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Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit
Mehrrohrwärmetauschern beschrieben sind, die mit Tanken 2 und 3
angeordnet sind, die in einer vertikalen Richtung orientiert sind,
ist die Anordnung der Tanke 2, 3 nicht kritisch für die
Erfindung, sondern von der Erfindung ist gedacht, dass sie Tanke 2, 3
enthält, die horizontal oder in anderen Richtungen angeordnet
sind.