DE69827324T2 - Drucklose Methode zur internen Dichtigkeitsprüfung von Wärmetauschern - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft Leckerkennungsverfahren für Wärmetauscher im Allgemeinen und insbesondere ein druckloses Verfahren zum Erkennen eines Lecks über eine innere Trenneinrichtung eines Wärmetauscherverteilertanks.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Wärmetauscher vom Gleichstromtyp wie Autokühler und -verflüssiger weisen im Allgemeinen zwei parallele Verteilertanks mit einer Vielzahl von Strömungsrohren, die von Tank zu Tank rechtwinklig zu diesen verlaufen, auf. Sie können in einer Einzelstufenflüssigkeitsströmungsanordnung entworfen sein, was bedeutet, dass Kühlmittel oder Kältemittel einfach in einen Tank eingelassen wird, gleichzeitig horizontal über alle Rohre strömt und von dem anderen Tank abgezogen wird. Häufiger ist jedoch eine vielstufige Strömung wünschenswert, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Wärmeübertragungsleistung zu steigern. Bei einem zweistufigen Verflüssiger zum Beispiel ist ein Tank ungefähr in der Hälfte durch eine innere Strömungstrenneinrichtung geteilt. Ein Kältemitteleinlass tritt in den einen Tank an einer Seite der Trenneinrichtung ein, und ein Auslass tritt aus dem Tank an der anderen Seite der Trenneinrichtung aus. Kältemittel strömt durch den Einlass, zum Beispiel unter der Trenneinrichtung, und strömt nur über jene Strömungsrohre, die sich durch den Tank unter der Trenneinrichtung öffnen. Die erste Strömungsstufe tritt in den gegenüberliegenden Rücklauftank ein, kehrt um und strömt in einer zweiten Strömungsstufe durch die verbleibenden Rohre und in die obere Hälfte des ersten Tanks, über der Trenneinrichtung. Schließlich verlässt das Kältemittel den Auslass.
  • Trenneinrichtungen werden physikalisch in den einen Verteilertank eingebaut, indem sie entweder, im Fall von Tanks mit kleinem Durchmesser, entlang der Länge des Tanks nach unten getrieben werden, oder zwischen einer geschlitzten Sammelrohrplatte und einer durchgeformten Tankbasis angeordnet werden. Oft sitzen die Ränder der entweder runden oder anders geformten Trenneinrichtung in einer inneren Nut. Dann, wenn der gesamte Wärmetauscherkern gelötet wird, wird geschmolzenes Lötmaterial in die innere Nut und kontinuierlich um den Rand der Trenneinrichtung gezogen, um eine hoffentlich durchgehende, flüssigkeitsdichte Lötnaht um den Rand der Trenneinrichtung zu bilden. Wenn die Lötnaht nicht vollkommen sein sollte, ist es möglich, dass ein Teil der Flüssigkeit über die undichte Trenneinrichtung von dem Tankeinlass direkt zu dem Tankauslass strömt und die Strömungsrohre umgeht. Dies wäre bei einem Niederdruckwärmetauscher wie einem Kühler kein schwer wiegendes Problem, könnte aber die Leistung und den thermischen Wirkungsgrad eines zweistufigen Hochdruckverflüssigers erheblich beeinträchtigen.
  • Es gibt kein bekanntes praktisches Großserienverfahren, um das Vorhandensein von Lecks innerer Trenneinrichtungen zu prüfen. Es ist relativ einfach, auf das Vorhandensein außen liegender Lecks zu prüfen. Der Wärmetauscher wird einfach mit einem beliebigen flüssigen oder gasförmigen Prüfmedium unter Druck gesetzt, um zu sehen, ob ein äußeres Auslaufen des Mediums an irgendeiner Naht oder einer Stelle auftritt. Es ist auch bekannt, eine ähnliche Prüfung auf außen liegende Lecks durchzuführen, indem man eine Flüssigkeit, die ein Prüfgas mitreißt, durch den Wärmetauscher laufen lässt. Das Gas tritt dabei durch kleine außen lie gende Lecks aus, durch welche die Flüssigkeit unter Umständen nicht austritt. Es ist jedoch eine ganz andere Sache, ein innen liegendes Leck, d. h. einen Umgehungsstrom über eine innere Trenneinrichtung, zu erkennen. Schwer wiegende Lecks können erkannt werden, indem einfach die Leistung des Wärmetauschers geprüft wird. Wenn die Prüfung schlecht ausfällt und keine außen liegenden Lecks vorliegen, kann man mit Sicherheit annehmen, dass ein innen liegendes Leck vorhanden ist. Selbstverständlich sind solche Prüfungen der tatsächlichen Leistung kosten- und zeitintensiv und können kleinere Lecks, die die Leistung nicht erheblich beeinträchtigen, nicht aufzeigen. Während kleinere Lecks toleriert werden können, wird es für diejenigen, die den Fertigungsprozess überwachen, immer noch sehr nützlich sein zu wissen, ob sie vorhanden sind, da später im Herstellungsverlauf schwer wiegendere innen liegende Lecks entstehen könnten. Es ist auch bekannt, Wasser mit niedrigem Druck in den Tank und auf die Oberseite der Trenneinrichtung zu tropfen, um zu sehen, ob es durch läuft. Auch dies ist zeitaufwändig und ineffizient, und Wasser ist nicht das beste Medium, das in einen Kältemittelverflüssiger eingeleitet werden sollte.
  • Es ist (aus der EP-A-0389009) bekannt, das Vorhandensein von innen liegenden Lecks in einem nicht verwandten Fachgebiet zu prüfen, im Speziellen in der vertikalen Wand ("Brustwand"), die eine vertikale Brennkammer von einer benachbarten vertikalen Wärmespeicherkammer trennt. Die Trennwand trennt nicht gänzlich einen oberen Abschnitt von einem unteren Abschnitt einer vertikalen Kammer wie die Trenneinrichtung im Tank eines zweistufigen Wärmetauschers. Stattdessen endet sie kurz vor einer an der Oberseite der beiden Kammern ruhenden Kuppel und erzeugt eine zwangsumgekehrte U-Strömung nach oben und zurück nach unten über die Trennwand von einer Kammer zu der anderen. Ein Brenner in der Nähe des Bodens der Brennkammer nimmt verdichtetes Brenngas und verdichtete Verbrennungsluft auf und schickt diese nach oben und über die Trennwand in dem umgekehrten U-Strömungspfad. Horizontale Risse, die am unteren Ende der Trennwand unter dem Brenner auftreten, können einem Teil der verdichteten Luft und des verdichteten Brenngases erlauben, den Brenner zu umgehen und direkt in die benachbarte Wärmespeicherkammer durch- und überzutreten. Um zu bestimmen, ob dies geschieht, wird ein Spürgas, das durch den Verbrennungsvorgang chemisch verändert wird, zusammen mit dem verdichteten Brenngas und der verdichteten Luft eingeleitet. Wenn auf der anderen Seite der vertikalen Trennwand chemisch unverändertes Spürgas detektiert wird, dann steht fest, dass es nicht nach oben und über die Trennwand (wo es verändert worden wäre) gewandert ist, sondern unter Druck seitwärts durch die horizontalen Risse am unteren Ende der Trennwand geströmt sein muss.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein druckloses Verfahren zum Erkennen von innen liegenden Lecks von Wärmetauschern gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die in Anspruch 1 beschriebenen Merkmale gekennzeichnet.
  • Bei der Ausführungsform des offen gelegten Verfahrens ist der Verflüssiger mit dem Einlass- und Auslasstank vertikal orientiert ausgerichtet. Daher sind die Strömungsrohre naturgemäß horizontal orientiert. Eine Öffnung durch die Tankwand, an der am Ende die Kältemitteleinlass- und -auslassnippel angebracht werden, ist sowohl oberhalb als auch unterhalb der Trenneinrichtung vorhanden. Daher sind sowohl der Tank als auch die Trenneinrichtung einfach Umgebungsluft bei Umgebungsdruck ausgesetzt. Ein Prüfgas wie z. B. Helium wird durch eine Tanköffnung unter der Trenneinrichtung eingeführt. Da das Prüfgas leichter ist, steigt es auf und sammelt sich am Ende unter der Trenneinrichtung. Das aufsteigende Prüfgas neigt nicht dazu, seitwärts in die Öffnungen der horizontal orientierten Strömungsrohre zu strömen. Eine Prüfsonde wird in die andere Tanköffnung oberhalb der Trenneinrichtung eingeführt. Wenn, und nur wenn um oder durch die Trenneinrichtung ein offener Leckpfad vorhanden ist, dann wird das Vorhandensein von durchgesickertem Prüfgas über der Trenneinrichtung detektiert. Es wird kein Prüfgas durch die Kältemittelströmungsrohre zu der oberen Seite der Trenneinrichtung geströmt sein.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und weitere Ziele der Erfindung werden aus der folgenden schriftlichen Beschreibung deutlich sowie aus der Zeichnung, die schematisch einen zweifstufigen Verflüssiger darstellt, der gemäß dem Verfahren der Erfindung einer Leckprüfung unterzogen wird.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist ein Wärmetauscher in Form eines zweistufigen Verflüssigers im Allgemeinen bei 10 bezeichnet. Dieser weist zwei im Allgemeinen bei 12 und 14 bezeichnete Verteilertanks auf, die durch eine Vielzahl von Strömungsrohren 16, deren Enden sich durch die Seitenwände der beiden Tanks 12 und 14 öffnen, überbrückt sind. Ein Tank 14 ist einfach ein Rücklauftank. Der andere Tank 12 weist eine erste, untere Öffnung 18 und eine zweite, obere Öffnung 20 auf. Die Öffnungen 18 und 20 werden am Ende einen darin eingebauten Kältemitteleinlass- und -auslassnippel aufweisen, doch an diesem Punkt sind sie einfache Öffnungen. In dem Tank 12 ist zwischen den beiden Öffnungen 18 und 20 eine Trenneinrichtung 22, die mit der Innenfläche des Tanks 12 leckfrei verlötet sein kann oder auch nicht, eingebaut.
  • Um zu bestimmen, ob die Trenneinrichtung 22 leckfrei ist, wird der Verflüssiger 10 wie dargestellt ausgerichtet und mit den Tanks 12 und 14 im Wesentlichen vertikal und den Rohren 16 im Wesentlichen horizontal gehalten. Oder die Rohre 16 könnten leicht nach unten geneigt werden, so dass alle Rohrenden, die in den Tank 12 eintreten, etwas höher sind als jene, die in Rücklauftank 14 eintreten. Das Innere des Tanks 12 und die Trenneinrichtung 22 sind einfach Umgebungsluft bei Umgebungsdruck ausgesetzt. Als Nächstes wird ein Prüfgas mit geringer Dichte, in diesem Fall Helium, in die untere Öffnung 18 eingespritzt, und es steigt naturgemäß auf und verdrängt Luft, um sich unter der Trenneinrichtung 22 zu sammeln. Das Helium wird nicht seitwärts die Rohre 16 hinunterströmen und den Rücklauftank 14 erreichen. Die zuvor erwähnte, leichte Neigung könnte dabei helfen zu gewährleisten, dass kein Helium seitwärts in den Rücklauftank 14 strömt. Eine Heliumprüfsonde 24 wird in die obere Tanköffnung 20 eingeführt. Wenn, und nur wenn ein Leckpfad durch die Trenneinrichtung 22 vorhanden ist, detektiert die Sonde 24 das Vorhandensein von Helium. Je schlimmer das Leck, umso schneller wird es detektiert, wenn aber kein Leck vorhanden ist, wird es überhaupt nicht detektiert. Eine geeignete Ablesevorrichtung 26 zeigt an, was die Sonde 24, wenn überhaupt etwas, detektiert hat.
  • Daher sind kein Druck oder eine kostspielige, langsame, invasive Prüfung erforderlich. Es wäre auch möglich, ein schwereres Gas über der Trenneinrichtung 22 einzuspritzen und dessen Vorhandensein oder Nichtvorhandensein unterhalb der Trenneinrichtung 22 zu detektieren, nachdem es gesunken ist. Es würden dieselben Vorteile erzielt.

Claims (1)

  1. Druckloses Verfahren zum Erkennen des Vorhandenseins potenzieller Leckpfade über eine innere Trenneinrichtung (22), die in einem im Allgemeinen geraden röhrenförmigen Aufbau (12) angeordnet ist, wobei die Trenneinrichtung den geraden röhrenförmigen Aufbau in zwei Unterkammern unterteilt, umfassend die Schritte, dass: der röhrenförmige Aufbau (12) in einer im Wesentlichen vertikalen Orientierung ausgerichtet wird, wobei eine Unterkammer über der Trenneinrichtung und die andere unter der Trenneinrichtung (22) angeordnet wird, und wobei beide Seiten der Trenneinrichtung (22) Umgebungsluft bei Umgebungsdruck ausgesetzt sind; ein Prüfgasdetektor (24) oberhalb der Trenneinrichtung (22) angeordnet wird; ein Prüfgas unterhalb der Trenneinrichtung (22) eingespritzt wird, dessen Dichte in Bezug auf Umgebungsluft alleine bewirkt, dass es vertikal aufsteigt und die Umgebungsluft verdrängt und sich in Richtung der Trenneinrichtung (22) bewegt; und detektiert wird, ob das Prüfgas über der Trenneinrichtung (22) erscheint.
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