SE513642C2 - Värmeväxlare samt sätt vid framställning av en dylik - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 513 642 2 Framställningen sker genom att delarna, vilka har ett yttre lodskikt, monteras ihop, fixeras vid varandra och därefter placeras i en ugn med skyddsgasatmosfàr eller i en vakuumugn. Lödningen sker genom att det yttre materialskiktet på resp detalj smälter och bildar lod- material. Denna hårdlödning utförs företrädesvis i ett steg, dvs värmeväxlaren monteras ihop och sammanlöds där- efter i ugnen.

Lödningsprocessen kräver att delarna anligger väl mot varandra och är fixerade i läge. Eftersom värmeväxla- rens delar är lösa i förhållande till varandra före löd- ningsprocessen, använder man sig idag av yttre fixturer.

Dessa är emellertid dyra och leder dessutom bort värme från de delar som skall lödas samman. Vidare är det en tidsödande process att medelst yttre fixturer fixera värmeväxlarens delar med hög noggrannhet, vilket fördyrar tillverkningen.

Vid tillverkningen av kylare av ovanstående typ har det dock visat sig att, trots användningen av yttre fix- turer, en stor andel kylare efter hårdlödningen läcker vid fogarna mellan rören och stosarna, varför upp till ca 20% av kylarna har måst kasseras, eftersom de konstate- rade läckagen ej kan lagas manuellt efter hàrdlödningen.

Vidare kan stosarna skapa turbulens och bromsa vätskeströmmen genom rören.

Till känd teknik hör även EP-B-0 457 978, GB-A- 1 232 414, US-A-4 546 824 och US-A-5 219 024 som visar en värmeväxlare med anslutningsplattor och platta vätske< samt FR-A-781 792 och GB-A-1 477 323 som anvisar sätt att fixera vätsketransportrör vid transportrör, anslutningsplattor.

Andamäl med uppfinningen Ett övergripande ändamål med föreliggande uppfinning är att helt eller àtminstone väsentligt övervinna ovan relaterade problem med känd teknik. Närmare bestämt är det ett ändamål med uppfinningen att åstadkomma en värme- våxlare med liten kassationsfrekvens vid tillverkningen. 10 15 20 25 30 35 513 642 3 Ett speciellt ändamål med uppfinningen är att åstad- komma en värmeväxlare som kan lödas samman utan behov av yttre fixturer.

Ett annat ändamål är att åstadkomma en värmeväxlare som snabbt, enkelt, med god precision och med låga krav på toleranserna hos deienskilda delarna kan monteras för lödning i ett steg.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en värmeväxlare som efter sammanlödningen medger manuell lagning av läckande fogar.

Det är ävenså ett ändamål att åstadkomma en värme- växlare med minskad risk för alstring av turbulens i övergången mellan rör och tank.

Det är också ett ändamål med uppfinningen att anvisa ett tillverkningssätt som löser ovannämnda problem.

Sammanfattning av uppfinningen Dessa och andra ändamål, som kommer att framgå av följande beskrivning, har nu uppnåtts genom uppfinningen medelst en värmeväglare enligt efterföljande patentkrav 1 samt genom ett sätt vid framställning av en värmeväxlare enligt efterföljande patentkrav 7. Underordnade patent- krav anger föredragna utföringsformer.

Förfarandet enligt uppfinningen minskar risken för läckage hos den framställda värmeväxlaren, eftersom lod- skikt anbringas mot lodskikt i skarvarna mellan stosarna och rören. Därigenom ökas den mängd lodmaterial som står till förfogande under hårdlödningen.

Vid monteringen av värmeväxlaren medges dessutom förhållandevis stora toleranser hos de enskilda delarna, såsom hos rören och_hos anslutningsplattorna, eftersom det avslutande, andra deformationssteget utjämnar inbör- des storleksvariationer.

Monteringen av ett rör på anslutningsplattan under- lättas också av att rörets vidgade huvudparti skjuts in i stosen och därmed styrs mot dess insida. 10 15 20 25 30 35 513 642 4 Tack vare det avslutande, andra deformationssteget förbinds de i värmeväxlarpaketet ingående delarna med varandra, och yttre fixturer kan därför undvaras.

Fogarna mellan rören och anslutningsplattan är åt- komliga från plattans bort från rören vända flatsida. För det fall att det efter härdlödningen visar sig att en eller flera fogar ej är tillräckligt täta, kan dessa således lagas genom manuell lödning.

Rörets insida är helt slät vid övergången mellan röret och tanken, vilket minimerar uppkomsten av turbu- lens.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen och dess fördelar kommer nu att i exemplifierande syfte beskrivas med hänvisning till bi- fogade, schematiska ritningar, vilka àskàdliggör en för närvarande föredragen utföringsform, och på vilka: fig 1 är en perspektivvy av en del av en värmeväx- lare enligt föreliggande uppfinning, varvid vissa delar är bortbrutna av åskàdlighetsskäl; fig 2a är en del av en längsgående tvärsnittsvy tagen längs linjen I-I i fig 1, fig 2b är en tvärgàende tvärsnittsvy tagen längs linjen II-II i fig l, och fig 2c är en planvy av en anslutningsplatta med monterade väts- ketransportrör; och fig 3a och 3b är vyer motsvarande fig 2b resp 2c av ett utförande som ej omfattas av föreliggande uppfinning; Beskrivning av föredragna utföringsformer Värmeväxlaren enligt fig 1 har ett värmeväxlarpaket l med två väsentligen parallella rader av platta vätske- transportrör 2 av aluminium. Värmeväxlarpaketet 1 har också ytförstorare 3, s k rankor, vilka sträcker sig över värmeväxlarpaketets 1 bredd och vilka är anordnade mellan varje par av rör 2 i resp rad. Rören 2 är i varje rad anordnade flatsida mot flatsida. En inloppstank 4, vilken omfattar en anslutningsplatta 5 av aluminium och en med plattan 5 förbunden kåpa 6, är ansluten till en första ände av värmeväxlarpaketet 1. En motsvarande, ej visad 10 15 20 25 30 35 513 642” 5 utloppstank är ansluten till värmeväxlarpaketets 1 andra, motstående ände. Kåpans 6 infästning vid plattan 5 är ej avgörande för uppfinningen och kommer ej att beskrivas närmare. ip Anslutningsplattan 5 är försedd med parallella första och andra_:ade:_av avlånga hål 7, vilka i tvär- resp längdriktningen är belägna på avstånd från varandra och till vilka rören_2 är anslutna. Plattan 5 har stosar 8, vilka är formade i ett stycke med och skjuter ut från plattans 5 bort från tanken 4 vända flatsida samt omger nämnda hål 7.

Av fig 2a och 2b framgår att varje rör 2 vid sin respektive ände har ett_vidgat huvudparti 9. Mellan de utvidgade huvudpartierna 9 har röret 2 en rörstomme 10.

Det utvidgade huvudpartiet 9 omfattar dels en trattformig del ll, vilken ansluter till rörstommen 10, cylindrisk del 12, dels en rak- som ansluter till den trattformiga delen ll och som med sin utsida runtomgående anligger mot stosens 8 insida. Huvudpartiet 9 övergår i ett ytterli- gare vidgat ändparti 13, vilket anligger mot ett avrundat övergångsområde l4_mellan stosen 8 och anslutnings- plattans 5 ovansida,ZRörets 2 vidgade ändparti 13 har formen av en stympad kon och sträcker sig fram till tankens 4 inre bottenyta, dvs fram till plattans 5 bort från rören 2 vända“flatsida 15, så att rörets 2 ändkant 16 är belägen väsentligen i jämnhöjd med denna flatsida 15. 9 _ fÛ*"* Varje rör 2 harlâtt symmetriplan i rörradernas làngdriktning. Olika delar av röret 2 har olika symmetri- plan, vilket komm§:2âLL_fiörklaras närmare nedan. Symmet- riplanet hos den Löïêtømme 10 som ligger mellan de vid- gade huvudpartierna_94betecknas med A i fig 2b, medan symmetriplanet för själva huvudpartiet 9 betecknas med B.

Av figur 1 och 2b framgår att rören 2 i den ena ra- den anligger mot rören i den andra raden utmed väsentli- gen hela rörstommen 10. Företrädesvis är rören 2 hoplödda 10 15 20 25 30 35 513 6412 6 i detta anliggningsparti för att skapa en ytterligare förbättring av konstruktionens stabilitet och styrka.

För att åstadkomma denna anliggning är det vidgade huvudpartiet 9 asymmetriskt placerat i förhållande till rörstommen 10 genom att huvudpartiets 9 symmetriplan B är förskjutet i förhållande till rörstommens 10 symmetriplan A, och närmare bestämt förskjutet i rörradernas tvärrikt- ning bort fràn den rörrad mot vilken rörstommen 10 an- ligger.

Vid framställningen av en värmevàxlare enligt upp- finningen utformas häl 7 i anslutningsplattan 5, t ex genom stansning i ett eller, beroende pà plattans 5 tjocklek, flera steg. Plattan 5 placeras sedan med sin ena flatsida mot en dyna (ej visad). Därefter anbringas en dorn (ej visad) mot hålen 7 från plattans 5 andra flatsida 15, varigenom hälen 7 antager sin slutliga, av- lànga form och det bildas hälen 7 omgivande kragar eller stosar 8.

Därefter, i ett första deformationssteg, utkragas röret 2, som ursprungligen har en likformig tvärsektion, på ett sådant sätt att formen av dess ändomràde 9, 13, dvs det omrâde som sedermera bildar ovannämnda huvudparti 9 och ändparti 13, väsentligen motsvarar men är mindre än stosens 8 resp hàlets 7 form. Vid denna utkragning ökas bredden av det platta rörets 2 smalsidor, samtidigt som Som helhet betrak- tad leder utkragningen till en större tvärsnittsarea i bredden av rörets 2 flatsidor minskas. ändomràdet 9, 13 än i rörstommen 10, vilket ger ett minskat tryckfall hos den genomströmmande vätskan vid övergången mellan röret 2 och tanken 4.

Utkragningsmomentet inbegriper också ett steg där rörets 2 ena smalsida fixeras, varefter dess andra smal- sida anpressas i riktning mot den fixerade smalsidan för att åstadkomma ovannämnda asymmetri mellan rörstommen 10 och rörets 2 ändomràde 9, 13.

I Därefter skjuts rörets 2 vidgade ändomràde 9, 13 in i en stos 8 frän plattans 5 stosförsedda flatsida. Röret 10 15 20 25 30 35 513 642 7 2 skjuts endast in så längt att dess ändyta är belägen i jämnhöjd med hålet 7.

Därefter, i ett andra deformationssteg, införes från plattans 5 flatsida 15 en dorn (ej visad) med formen av 13 i den i hålet 7 belägna röränden för expansion av rörets 2 ändomràde 9, 13 i hålet 7 så mycket att den rör- formiga delens 12 utsida bringas till anliggning mot sto- sens 8 insida och rörets 2 ände bringas till anliggning mot övergångsområdet 14 mellan plattan 5 och stosen 8.

Rörets 2 ände antager härvid formen av en stympad kon.

Innan röret 2 införes i stosen 8 har, enligt ett föredraget utförande¿_medelst en dorn (ej visad) stosens 8 bort från plattan 5 vända ändparti 17 vidgats. Denna vidgning underlättar den efterföljande införingen av rörets 2 vidgade ändomràde 9, 13.

Det bör poängteras att aluminiumrören 2 normalt endast har ett lodskikt på sin utsida, medan plattan 5 åtminstone har lodmaterial pä sin bort från rören vända flatsida 15. Framställningssättet enligt uppfinningen leder följaktligen till en ökad mängd lodmaterial i fogen mellan rören 2 och plattan 5 eftersom rörens 2 lodskikt anbringas mot stosarnas 8 lodskikt. Detta är speciellt viktig vid användning av utkragade ändområden, eftersom utkragningen leder till en minskad väggtjocklek hos röret 2 och därför även enxminskad lodskiktstjocklek.

I fig 3 visas ett utförande som ej omfattas av föreliggande uppfinning, varvid lika delar har försetts med samma hänvisningsbeteckningar och ej beskrivs närmare i det följande.

Värmeväxlarennenligt fig 3a uppvisar vätsketrans- portrör 2 vars vidgade huvudpartier 9 är symmetriskt placerade i förhållande till rörstommarna 10, dvs huvud- partiets 9 symmetriplan B sammanfaller med rörstommens 10 symmetriplan A. Denna typ av värmeväxlare är tack vare symmetrin enklare att sätta samman, men har en lägre effektivitet än en värmeväxlare med asymmetriska rör, av följande skäl. 10 15 51 3 -642 8 Generellt gäller att rörets 2 huvudparti 9 efter utkragningen av rörets 2 ändområde 9, 13 kommer att ha väsentligen samma omkrets som rörstommen 10. Av tillverk- ningstekniska skäl kan inte avståndet mellan stosarna 8 på anslutningsplattan 5 göras hur litet som helst. För att åstadkomma den föredragna anliggningen rörstommarna 10 emellan måste därför huvudpartiet 9 göras kortare och bredare är vad som är fallet vid ovannämnda asymmetriska utformning. Detta framgår tydligt vid en jämförelse av planvyn i fig 3b med planvyn i fig 2c. Den asymmetriska utformningen enligt fig 1 och 2 är fördelaktig ity den medför att rören 2 kan anordnas närmare varandra i rör- radernas làngdriktning. Användningen av asymmetriska rör 2 ger således en effektivare värmeväxlare, eftersom fler rör 2 kan upptagas pà en given anslutningsplatta 5.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 513 642 -\l PATENTKRAV

1. l. Värmeväxlare vid fordon, omfattande dels ett värmeväxlarpaket (l), som innefattar minst två rader av åtskilda, platta vätsketransportrör (2), och ytförstorare (3), en till en första ände av värmeväxlarpaketet vilka är anordnade mellan rören (2) i resp rad, dels (1) ansluten inloppstank (4), och dels en till en andra ände av värme- växlarpaketet ansluten utloppstank; varvid inlopps- resp (5), för rören (2) utloppstanken (4) har en anslutningsplatta som är försedd med ett antal anslutningshål (7) har en fràn tanken (4) och som vid varje hàl (7) utskju- tande anslutningsstos (8); varvid varje rör (2) vid sin resp ände har ett vidgat huvudparti (9) som är upptaget pà nämnda stos (8); varvid ett avrundat övergàngsområde (14) är utformat mellan anslutningsplattan (5) och resp stos (8); varvid huvudpartiet (9) är inskjutet i stosen (8) och med sin utsida runtomgående anligger mot stosens (8) insida; och varvid varje rör (2) vid sin resp ände har ett i förhàllandeitill huvudpartiet (9) (13), anligger mot övergångsomràdet (14), vidgat ändparti som ansluter till huvudpartiet (9) och k ä n n e t e c k - n a d av att rören (2) i den första raden ligger tätt intill motsvarande rör (2) i den andra raden utmed det rörparti som ligger mellan de_Vidgade huvudpartierna (9): (9), med av- att rörens (2) vidgade huvudpartier seende på sitt symmetriplan (B) i rörradernas längdrikt- ning, är förskjutna i förhållande till motsvarande sym- metriplan (A) hos det rörparti som ligger mellan de vidgade huvudpartielna (9): och att rörens (2) vidgade huvudpartier (9) är för- skjutna i rörradernasítvärriktning bort fràn den rörrad mot vilken respektive rör anligger.

2. Värmeväxlare enligt krav 1, vid vilken ändpartiet (13) väsentligen har formen av en stympad kon. 10 15 20 25 30 35 513 642

3. Värmeväxlare enligt krav 1 eller 2, vid vilken rörets ände (16) är belägen väsentligen i jämnhöjd med anslutningsplattans (5) i tanken (4) belägna sida (15). 2 eller 3, (17)

4. Värmeväxlare enligt krav 1, vid vilken stosen (8) har ett vidgat ändparti som är vänt bort från anslutningsplattan (5).

5. Värmeväxlare enligt något av föregående krav, vilken omfattar minst två rader av rör (2).

6. Värmeväxlare enligt något av föregående krav, vid vilken rören (2) uteslutande har lodmaterial på sin ut- sida, och stosarna (5) har lodmaterial på sin insida.

7. Sätt att förbinda platta vätsketransportrör (2) med en anslutningsplatta (5) vid framställning av en värmeväxlare, varvid det i anslutningsplattan (5) utfor- mas ett flertal hål (7), vilka deformeras pà ett sådant sätt att rörupptagande stosar (8) bildas på plattans (5) varvid det ena ändomràdet (9, ena flatsida; 13) hos varje (2), en stosen (8) rör i ett första deformationssteg, deformeras till motsvarande form, varigenom ändområdets (9, 13) tvärsnittsarea ökas; varvid nämnda ändområde (9, i det första deformationssteget, ges mindre dimensioner (8): 13) från nämnda ena flatsida skjuts in i stosarna (8) än stosen varvid rörens (2) vidgade ändomràden (9, tills rörens (2) ändytor är belägna väsentligen i jämn- höjd med plattans (5) hål (7): vidgade ändomràden (9, 13), i ett andra deformationssteg, andra flatsida (15) på ett sådant sätt att resp rörände (16) anligger mot ett och varvid rörens (2) vidgas ytterligare från plattans (5) övergångomràde (14) mellan plattan (5) och resp stos (8), k ä n n e t e c k n a t av att rörets (2) 13), deformationssteget, deformeras pà ett sådant sätt att ändområde (9, vid det första bredden av dess motstående smalsidor ökas och att den ena smalsidan förskjuts i riktning mot den andra smalsidan; och att rören (2) monteras på anslutningsplattan (5) i minst två rader; varvid de förskjutna smalsidorna hos 13),) 10 513 642 rören (2) i den ena raden vänds mot de förskjutna smal- sidorna hos rören (2) i den andra raden; och varvid rören i den första raden anordnas att anligga mot rören i den andra raden utmed detïrörparti som ligger mellan änd- 13).

8. Sätt enligt krav 7, vid vilket rörens (2) områdena (9, vid hålen (7) belägna ändområden (13) under det andra defor- mationssteget utformas som stympade koner.

9. Sätt enligt krav 7 eller 8, vid vilket stosarnas (8) bort fràn plattan (2) vända ändpartier utvidgas innan (8). rören (2) skjuts in i stosarna