PL200741B1 - Wymiennik ciepła zwłaszcza dla pojazdów - Google Patents

Abstract

Wymiennik ciep la zawiera wiele rur (12) z tworzywa sztucznego, ustawionych w szereg wzajemnie równoleg lych rz edów i par e p lyt kolektorowych z tworzywa sztucznego polaczonych z odpowiednimi ko ncami rur (12). Ka zda p lyta kolektorowa jest wykonana z wielu elementów ko ncowych z tworzywa sztucznego, z których ka zdy posiada przynajm- niej jeden zestaw pó lkolistych gniazd (24, 26), odpowied- nich do przyjmowania ko nców rz edu rur (12), przy czym pó lkoliste gniazda (24, 26) ka zdego elementu ko ncowego s a oddzielone od siebie cz esciami lacz acymi (28, 30), odpowiednimi do zgrzewania z odpowiadaj acymi im cz e- sciami lacz acymi dope lniaj acego elementu ko ncowego wzd luz p laszczyzny zgrzewania (34). Cz esci lacz ace (28) pierwszego elementu ko ncowego (22 ') posiadaj a po- wierzchnie styku, które s a odsuni ete do ty lu od p laszczyzny zgrzewania (34), podczas gdy cz esci lacz ace (30) drugiego elementu koncowego (22''), który ma by c polaczony z pierwszym elementem ko ncowym (22 '), posiadaj a cz esci do zgrzewania wystaj ace poza p laszczyzn e zgrzewania (34). Stosunek obj eto sci cz esci do zgrzewania do obj eto sci pomi e- dzy cz esciami styku i p laszczyzn a zgrzewania (34) mie sci si e w zakresie od 0,8 do 1,3. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepła zwłaszcza dla pojazdów.

Co się tyczy płyt kolektorowych, to rozwiązania, które zakładają wytwarzanie płyt w jednej części, są obarczone dwoma rodzajami problemów. Pierwszym problemem jest wytłaczanie z dużą dokładnością płyty z wieloma otworami (200-2000) o małej średnicy (średnice otworów rzędu 1,5-5 mm), z wynikającą tego koniecznością kontroli kurczenia się i odkształceń, równocześnie unikając powstawania wypływów tworzywa w otworach. Drugim problemem jest automatyczne wkładanie końców rur do otworów w płytach kolektorowych.

W celu przezwyciężenia tych wad proponowano już rozwiązania, w których każda płyta kolektorowa jest wykonana z wielu elementów końcowych z tworzywa sztucznego, które są nakładane na siebie i zgrzewane. Każdy element końcowy posiada szereg półkolistych gniazd oddzielonych od siebie częściami łączącymi odpowiednimi do zgrzewania z odpowiadającymi im częściami łączącymi dopełniającego elementu końcowego. Procedura składania, dla tego typu wymiennika ciepła rozpoczyna się od pierwszej pary elementów końcowych z mocowaniem końców pierwszego rzędu rur w półkolistych gniazdach elementów końcowych, umieszczaniem drugiej pary elementów końcowych nad pierwszym rzędem rur i zgrzewaniem ze sobą części łączących elementów końcowych. Taka kolejność jest powtarzana ilość razy odpowiadającą ilości rzędów rur, które tworzą wykończony wymiennik ciepła. Sąsiadujące elementy końcowe są łączone ze sobą za pomocą zgrzewania, na przykład ultradźwiękowego, powodując stopienie i połączenie ze sobą stykających się części łączących. Ta operacja zgrzewania jest niezwykle delikatna i wymaga szczególnie dokładnej kalibracji parametrów zgrzewania. W szczególności, jeśli stopi się zbyt dużo materiału, to strumień z tworzywa sztucznego może wpłynąć w końce rur i spowodować perforację, co spowoduje wyciek płynu wymieniającego ciepło w wykończonym wymienniku ciepła. Z drugiej strony, jeśli przestrzeń pomiędzy stykającymi się powierzchniami części łączących elementów końcowych nie jest podczas zgrzewania całkowicie zamknięta, to wtedy nie osiąga się hermetycznego uszczelnienia pomiędzy końcami rur i płytą kolektorową, a więc także w tym przypadku w wykończonym wymienniku ciepła będą występowały wycieki płynu wymieniającego ciepło.

Celem wynalazku jest dostarczenie wymiennika ciepła, zwłaszcza dla pojazdów, którego konstrukcja umożliwi przezwyciężenie powyższych wad.

Wymiennik ciepła zawierający wiele rur z tworzywa sztucznego ustawionych w szereg wzajemnie równoległych rzędów i parę płyt kolektorowych z tworzywa sztucznego połączonych z odpowiednimi końcami rur, przy czym każda płyta kolektorowa jest wykonana z wielu elementów końcowych z tworzywa sztucznego, z których każdy posiada przynajmniej jeden zestaw półkolistych gniazd, odpowiednich do wprowadzania w nie końców rzędu rur, przy czym półkoliste gniazda każdego elementu końcowego są oddzielone od siebie częściami łączącymi, odpowiednimi do zgrzewania z odpowiadającymi im częściami łączącymi dopełniającego elementu końcowego wzdłuż płaszczyzny zgrzewania, przy czym części łączące pierwszego elementu końcowego posiadają powierzchnie styku, które są odsunięte do tyłu od płaszczyzny zgrzewania, zaś części łączące drugiego elementu końcowego, który jest połączony z pierwszym elementem końcowym, posiadają części do zgrzewania wystające poza płaszczyznę zgrzewania, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosunek R objętości części do zgrzewania do objętości pomiędzy częściami styku i płaszczyzną zgrzewania jest zawarty w zakresie od 0,8 do 1,3.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia widok perspektywiczny pokazujący wymiennik ciepła z tworzywa sztucznego według wynalazku; fig. 2 - widok perspektywiczny grupy wymiennika ciepła pokazanej strzałką II z fig. 1; fig. 3 widok z przodu elementu końcowego wskazanego przez strzałkę III z fig. 2; fig. 4 - schematyczny widok przedstawiający fazę zgrzewania dwóch elementów końcowych; fig. 5 - powiększony szczegół części wskazanej przez strzałkę V z fig. 4; fig. 6 - schematyczny widok przedstawiający strefę zgrzewania wskazaną przez strzałkę VI z fig. 5; oraz fig. 7 i 8 przedstawiają schematyczne widoki pokazujące odpowiednio strefy zgrzewania w stanach, w których występuje nadmiar lub niedomiar materiału zgrzewającego pomiędzy częściami łączącymi elementów końcowych.

Na fig. 1 pokazano wymiennik ciepła 10 dla pojazdów wykonany w całości z tworzywa sztucznego. Wymiennik ciepła 10 zawiera rdzeń wymiennika ciepła składający się z wielu rurek 12, cienkich jak słomka, wykonanych z tworzywa sztucznego ustawionych w wiele wzajemnie równoległych rzędów. Końce rurek 12 są połączone i uszczelnione z parą płyt kolektorowych 14, co jest zrealizowane

PL 200 741 B1 w sposób, który zostanie opisany poniżej. Do płyt kolektorowych 14 są przymocowane dwa zbiorniki 16 i 18. Ponadto zbiornik 18 posiada otwory 20 zasilające i powrotne dla płynu wymieniającego ciepło.

Według fig. 2 i 3 każda płyta kolektorowa 14 jest utworzona przez wiele elementów końcowych 22 wykonanych z tworzywa sztucznego. Każdy element końcowy 22 zawiera pierwszy i drugi rząd półkolistych gniazd 24 i 26, oddzielonych od siebie częściami łączącymi 28 i 30. Każdy element końcowy 22 jest wyposażony w parę elementów odległościowych 32, które spoczywają na powierzchni 34 identycznego elementu końcowego 22.

Jak pokazano na fig. 4 montaż rdzenia wymiennika ciepła przedstawionego na fig. 2 jest wykonywany pojedynczymi warstwami, przy czym każda warstwa jest wykonywana za pomocą sekwencji roboczej obejmującej: przygotowanie pierwszego elementu końcowego 22', umieszczenie końców rzędu rur 12 w gniazdach 26 pierwszego elementu końcowego 22', umieszczenie nad nimi drugiego elementu końcowego 22, tak że końce rur 12 wchodzą w gniazda 24 drugiego elementu końcowego 22, zgrzanie części łączących 28 i 30 elementów łączących 22' i 22 ze sobą wzdłuż płaszczyzny zgrzewania 34.

Zgrzewanie jest wykonywane za pomocą tradycyjnego urządzenia do zgrzewania ultradźwiękowego. Płaszczyzna zgrzewania 34 reprezentuje idealną płaszczyznę połączenia, która umożliwia połączenie ze sobą półkolistych gniazd 24 i 38 zwróconych do siebie w celu utworzenia kołowych gniazd o średnicy równej średnicy zewnętrznej końców rur 12.

Figura 5 przedstawia powiększony widok dwóch dopełniających się części łączących 28 i 30, które mają być połączone ze sobą za pomocą zgrzewania. Powiększony fragment z fig. 5 przedstawia położenie płaszczyzny zgrzewania 34 względem dwóch elementów końcowych 22' i 22. Każda część łącząca 28 elementu końcowego 22' posiada powierzchnię styku 36, która jest cofnięta do tyłu względem płaszczyzny zgrzewania 34. Objętość pomiędzy płaszczyzną zgrzewania 34 i powierzchniami styku 36 elementu końcowego 22' jest oznaczona jako V'. Każda część łącząca 30 elementu końcowego 22 posiada część do zgrzewania 38 wystającą poza płaszczyznę zgrzewania 34. Objętość materiału dla każdej części łączącej 30 wystająca poza płaszczyznę zgrzewania 34 jest oznaczona jako V.

Stosunek wypełnienia R jest określony jako stosunek pomiędzy objętościami V' i V. Zgodnie z wynalazkiem stosunek wypełnienia R mieści się w zakresie od 0,8 do 1,3:

R = V'/V

0,8 < R < 1,3

Figura 6 przedstawia strefę łączącą pomiędzy częściami łączącymi 28 i 30 po zakończeniu zgrzewania. Fakt posiadania stosunku wypełnienia R bliskiego jedności umożliwia wypełnienie objętości V' materiałem pochodzącym ze stopienia objętości V. Umożliwia to uzyskanie idealnego połączenia pomiędzy elementami końcowymi 22' i 22. Unika się zwłaszcza problemów związanych z nadmiarem stopionego materiału występującym na końcach rur lub ze strefami, które nie są całkowicie uszczelnione z powodu niewystarczającej ilości stopionego materiału.

Figura 7 przedstawia sytuację występującą po operacji zgrzewania przy zbyt wysokim stosunku wypełnienia, powyżej 1,3. W tym przypadku nadmiar stopionego materiału wypływa na boki z przeciwległych współpracujących ze sobą powierzchni części łączących i narusza przestrzenie rur. Jak schematycznie pokazano na fig. 7, stopiony materiał może uszkodzić ścianki rur i spowodować wycieki płynu wymieniającego ciepło.

Figura 8 przedstawia sytuację przeciwną, kiedy zgrzewanie jest wykonywane przy zbyt niskim stosunku wypełnienia R, mniejszym niż 0,8. W tym przypadku materiał, który jest zgrzany, jest niewystarczający do wypełnienia pustej przestrzeni pomiędzy powierzchniami styku części łączących, powodując powstanie otworów, które mogą spowodować wycieki płynu wymieniającego ciepło przez płytę kolektorową.

Optymalne warunki łączenia są osiągnięte przy stosunku wypełnienia R mieszczącym się w zakresie od 0,8 do 1,3, umożliwiającym osiągnięcie optymalnego połączenia pomiędzy elementami końcowymi, równocześnie unikając obu problemów przedstawionych schematycznie na fig. 7 i 8.

Claims (1)

1. Wymiennik ciepła zawierający wiele rur z tworzywa sztucznego ustawionych w szereg wzajemnie równoległych rzędów i parę płyt kolektorowych z tworzywa sztucznego połączonych z odpowiednimi końcami rur, przy czym każda płyta kolektorowa jest wykonana z wielu elementów końcowych z tworzywa sztucznego, z których każdy posiada przynajmniej jeden zestaw półkolistych gniazd, odpowiednich do wprowadzenia w nie końców rzędu rur, przy czym półkoliste gniazda każdego elementu końcowego są oddzielone od siebie częściami łączącymi, odpowiednimi do zgrzewania z odpowiadającymi im częściami łączącymi dopełniającego elementu końcowego wzdłuż płaszczyzny zgrzewania, przy czym części łączące pierwszego elementu końcowego posiadają powierzchnie styku, które są cofnięte do tyłu względem płaszczyzny zgrzewania, zaś części łączące drugiego elementu końcowego, który jest połączony z pierwszym elementem końcowym, posiadają części do zgrzewania wystające poza płaszczyznę zgrzewania, znamienny tym, że stosunek R objętości części do zgrzewania (38) do objętości pomiędzy częściami styku (36) i płaszczyzną zgrzewania (34) jest zawarty w zakresie od 0,8 do 1,3.