EP2295920A1 - Heater block and method for manufacturing same - Google Patents
Heater block and method for manufacturing same Download PDFInfo
- Publication number
- EP2295920A1 EP2295920A1 EP09170069A EP09170069A EP2295920A1 EP 2295920 A1 EP2295920 A1 EP 2295920A1 EP 09170069 A EP09170069 A EP 09170069A EP 09170069 A EP09170069 A EP 09170069A EP 2295920 A1 EP2295920 A1 EP 2295920A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- channels
- heat exchanger
- exchanger block
- support
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
Definitions
- the invention relates to a heat exchanger block, and to a method for producing a heat exchanger block according to the preamble of the independent claims 1, 12.
- Heat exchangers are used in refrigerators, e.g. used in ordinary household refrigerators, in air conditioners for buildings or in vehicles of all kinds, especially in automobiles, aircraft and ships, as water or oil coolers in internal combustion engines in mobile or stationary operation, as condensers or evaporators in coolant circuits.
- the well known laminated heat exchangers serve to transfer heat between two media, e.g. from a cooling medium to air or vice versa.
- the flowing inside the channels of the heat exchanger medium is referred to as a heat carrier.
- the medium flowing around the channels is referred to below as Transportfluidum.
- Both the heat carrier and the transport fluid can be in liquid or gaseous state. Water, oil, air or a refrigerant are examples of the heat transfer medium or transport fluid.
- One of these media is cooled by the heat transfer accordingly, while the other medium is heated.
- the transport fluid e.g. the air
- the heat transfer medium e.g. the coolant or heating medium that circulates within the channels of the heat exchanger.
- the medium with the high heat transfer coefficient flows in the channel.
- thin sheets, z For example, ribs or fins are mounted so that the outer surface of the channel has a larger heat transfer area compared to the inner surface of the channel where the heat transfer with the transport fluid takes place.
- the ratio of the outer surface to the inner surface of the channel depends on the lamella geometry, which in turn is determined by the channel diameter, the arrangement of the channels and the distance of the channels from each other, and the lamellar spacing d 'from.
- the fin spacing d ' is chosen differently for different applications. However, purely thermodynamically, it should be as small as possible, but not so small that the pressure loss on the side of the transport fluid to is great. An economic optimum is about 2 mm, which is a typical value for condenser and recooler.
- the efficiency is essentially determined by the fact that the heat that is transferred between the fin surface and the Transportfluidum must be transferred via heat conduction through the fins to the channel. This heat transfer is the more effective, the higher the conductivity or the thickness of the lamella, but also the smaller the distance between the channels. This is called the lamella efficiency.
- a lamellar material is therefore nowadays predominantly aluminum used, which has a high thermal conductivity (about 220 W / mK) to economic conditions.
- the distance of the channels should be as small as possible. Thermodynamically, a solution that has many channels in close proximity to each other with small diameters would be optimal. A major cost factor, however, is also the working time for widening and soldering the channels. This would disproportionately increase with such a geometry.
- mini-channel or micro-channel heat exchangers which are manufactured by a completely different method and almost correspond to the ideal picture of a laminated heat exchanger. They contain miniature channels or microchannels with a very small diameter, which is of the order of 1 mm. For the production of these mini-channels or micro-channels aluminum extruded profiles are preferably used.
- a heat exchanger block is constructed from one or more laminated heat exchangers or from one or more microchannel heat exchangers, wherein in each case one inlet side of the heat exchanger block with a distributor element and an outlet side of the heat exchanger block with a collecting element is soldered flameproof.
- a connection port At the Distributor element and the collecting element of one or more heat exchanger comprehensive heat exchanger block is in each case provided a connection port, so that the heat exchanger block can be fluidly connected to an external system such as a chiller such that the heat carrier in the operating state to exchange heat with the Transportfluidum under a predeterminable operating pressure can be supplied from the distributor element through the heat exchanger to the collecting element.
- the heat exchanger includes the channels and any heat exchange elements disposed between the channels.
- clamping elements clamping cages, clamps, tension springs or tension bands are known.
- clamping elements are usually made of steel, while the individual parts of the heat exchanger block are preferably made of aluminum. Since steel and aluminum have different thermal expansion, the length of the clamping elements must be selected so that the heat exchanger block is fixed at room temperature and at the soldering temperature, which is usually around 600 ° C.
- a kinked strap has a kink, which is formed for example in the form of a prong. This kink serves to shorten the tension band, at the same time an elasticity of the tension band is ensured by the kink.
- tension springs can be used to increase the elasticity.
- clamping cages or clamps are often used.
- This clamping cages or clamps are usually designed as a complex clamping frame construction to secure the items against slipping. Accordingly, these clamping frame constructions are expensive and, from a certain heat exchanger size, can no longer be used due to their own weight.
- these clamping frame constructions have a large mass, whereby they heat up slower during soldering than the solder, which can lead to deformation of the heat exchanger block in the heating phase. The larger the heat exchanger block, the stronger the effects of these disadvantages.
- the channels are bent in the direction of the center of the heat exchanger, that is, there is a collapse or collapse of the heat exchanger. As a result, undefined deformations of the distributor element or the collecting element occur.
- the object of the invention is therefore to fix the heat exchanger together with the support elements and the distributor element and collector element before soldering as a heat exchanger block such that this heat exchanger block can be manipulated and soldered, without causing any deformation or slippage of the individual parts to each other.
- a heat exchanger block which comprises a plurality of channels, a distributor element for distributing a Heat transfer to the channels, a collecting element for receiving the heat carrier from the channels, wherein the channels form a connection between the distributor element and the collecting element, so that the heat transfer medium from the distributor element can flow through the channels in the collecting element, wherein a first support member and a second support member is provided, wherein the first support element is arranged opposite to the second support element and the support elements between the distributor element and the collecting element extend and the channels between the first and second support element are arranged, characterized in that at least one of the support elements has a tab, the Receiving the clamping element is used, wherein the tab is movable relative to the support element, so that by means of the clamping element, the channels are stable in a defined position to the support element.
- the voltage is thus adjustable for each temperature range, so that a sufficient voltage of the heat exchanger block is ensured so that it can be manipulated.
- a complex calculation of the clamping mass can be dispensed with, since the voltage can be adjusted by the movable tab.
- the proposed clamping technique is suitable for a variety of different manufacturing processes.
- the clamping element lifts off from the heat exchanger, so that a soldering of the clamping element on the heat exchanger is reliably avoided.
- the tab may be elastically deformable according to a preferred embodiment.
- the clamping element is biased by the tab, that is, the tab exerts a tensile load on the clamping element, causing it to tension. If the Tensile stress increases due to thermal expansion of the heat exchanger, the tab yields and continues to exercise a defined clamping force. When the heat exchanger is cooled after soldering, it gradually shrinks substantially to its original dimensions. In this case, pushes the tab by the elastic return movement thereof the clamping element, so that the clamping element continues to exert a defined clamping force. This ensures that the heat exchanger block remains manipulable if the solder joints are not yet fully solidified. Therefore, according to this solution too high a tension of the clamping element can no longer occur, whereby a detachment of the clamping element can be avoided by the heat exchanger block.
- the tab can also be plastically deformable.
- the tension member pulls on the tab to effect the plastic deformation thereof. If the tension on the tensioning element lags behind, the tensioning element pushes the flap back in the direction of its starting position.
- At least one of the first and second support members is formed as a U-beam, the U-beam having a base and two legs, each of the legs extending from the base to a side facing away from the channels That is, the leg extends on the side opposite the channels with respect to a plane extending in the surface of the leg.
- a U-beam is easy to manufacture from strip material and can be adapted to any dimensions of the heat exchanger.
- the tab is formed from the leg of the U-beam.
- the leg of the carrier itself can be designed such that it allows elastic or plastic deformation when the bias through the clamping element goes beyond the permissible range.
- the tab is bounded by two slots which run in the leg of the U-beam.
- the slots are easily cut at a suitable location in the leg.
- the slots may extend over half, preferably 2/3 more preferably substantially over the entire width of the leg.
- the length change can be adjusted by the thermal expansion depending on the greetings of the heat exchanger and the desired deflection of the tab over the length of the slots. The greater the deflection of the tab, the greater the distance of the clamping element from the heat exchanger.
- At least one of the slots may have at least one portion which is disposed at an angle other than 90 ° to the edge of the leg.
- the force to be applied for the deflection of the tab can be adjusted as a function of time. For example, at the beginning of the soldering process, a small deflection may be desired and a greater deflection may occur during the soldering process, in order to avoid soldering of the clamping element by varying the width of the flap by the angular arrangement of the slots.
- a greater deflection may be desired at the beginning of the soldering process, so that the stresses generated by the thermal expansion are degraded quickly and during the soldering a higher Voltage may be desired so that a shifting of the items during the soldering process can be safely excluded.
- the thermal expansion coefficient of the material of the clamping element is smaller than the coefficient of thermal expansion of the material of the channels and / or the support elements.
- the tab may be formed according to a further embodiment as a projection of the support member.
- the material of the channels and / or the support elements may comprise aluminum or an aluminum alloy.
- a very important example in practice relates to a heat exchanger block, e.g. a heat exchanger block comprising at least one heat exchanger, which contains channels which are designed as mini-channels or microchannels.
- the heat exchanger block is preferably made entirely of aluminum.
- heat exchange elements can be arranged, by means of which two adjacent channels are connected to each other.
- the heat exchange elements can be designed in particular as wave-shaped internals. The heat exchange elements protrude into the flow path of the transport fluid and serve to increase the heat exchange surface on the transport fluid-side surface of the heat exchanger.
- the method for producing a heat exchanger block for exchanging heat between a heat carrier and a transport fluid comprises the steps of connecting the first support element and the second support element to the clamping element Bracing the between the first and second support member extending channels by means of the clamping element, so that the channels with the support elements form the heat exchanger block.
- This heat exchanger block can be operated under high operating pressure and under considerable mechanical loads, e.g. under Biegebelasteptept, safely operated, allows long maintenance intervals and has a much longer life than the known from the prior art heat exchanger blocks, in particular due to the fact that the soldering can be done more precisely by the more accurate positioning of the items and the lower tension.
- the distributor element and the collecting element are attached to one end of the channels.
- the heat exchanger and the two support elements are already fixed in advance by a clamping element.
- the heat exchanger block is placed after fixing the items in a brazing furnace and the collecting element, the distributor element, the channels and the first and two support members are soldered together in a soldering process.
- the soldering process may be discontinuous, which may be advantageous in particular for small quantities, or in a continuous manner.
- the provided with the clamping elements heat exchanger block is placed on a conveyor belt, and then transported on the conveyor belt in the soldering oven.
- the brazing furnace contains zones of different temperature, so that a controlled heating and cooling of the heat exchanger block can take place. After cooling, the finished heat exchanger block can be removed from the conveyor belt and fed to any further processing steps.
- a cleaning step can be interposed before soldering.
- a flux is applied to the heat exchanger block to eliminate the oxide layer that is on the surface of each aluminum component, which would hinder the soldering process.
- the clamping element is removed following the soldering process and can be used again for other heat exchanger blocks to be soldered.
- the soldering method used may be a per se known soldering method, for example a brazing method, in particular an aluminum brazing method.
- the heat exchanger block of the present invention is often a radiator, a condenser or an evaporator, in particular for a mobile or stationary heating system, cooling system or air conditioning, in particular a cooler device for a machine, a data processing system or for a building or a heat exchanger block for a other suitable application.
- Fig. 1 illustrates a heat exchanger block 1 according to a particularly preferred embodiment of the invention.
- the heat exchanger block comprises a distributor element 3, a collecting element 4 and a plurality of channels 2, which connect the distributor element 3 to the collecting element 4.
- a heat transfer medium 7 enters, flows through the channels 2 in the direction of the collecting element 4 and leaves the heat exchanger block 1 subsequently.
- the heat transfer medium 7 may be a liquid heating medium or a coolant.
- the channels 2 are spaced apart so that a transport fluid 8 can flow between the channels.
- the Transportfluidum 8 which is usually gaseous, can be heated by means of the heating means or cooled by the coolant, depending on the desired function of the heat exchanger block 1.
- the region of the heat exchanger block 1 is referred to, in which a heat exchange between the heat carrier 7 and Transportfluidum 8 takes place.
- it is the channels 2 except the distributor element 3, the collecting element 4 and the first and second support element 5, 6.
- the channels 2 can be designed in particular as microchannels 20.
- the heat transfer medium 7 flows through these microchannels 20, which in the present illustration in FIG Fig. 1 have wave-shaped baffles 21. These wave-shaped baffles 21 are used to increase the for the Heat transfer available heat exchange surface.
- the channels 2 may be formed as tubes or as oval or rectangular, in particular rectangular channels, which have been produced from an extruded profile by means of an extrusion process. As a result, a multiplicity of microchannels 20 are available.
- As a material for the channels 2 in particular aluminum or an aluminum alloy has been proven.
- the distance between the channels 2, which is traversed by the transport fluid 8, may also contain mounting elements 13, which in Fig. 1 are shown as a corrugated structure.
- the mounting elements 13 are in thermally conductive contact with the respective adjacent channels, so that heat is transferred via the mounting elements 13.
- the mounting elements 13 serve to increase the heat exchange surface.
- the built-in elements may also be formed as ribs or, as above, contain lattice structures, net-like structures or porous structures.
- the mounting elements can also be designed as serrated profiles in V or W-shape.
- the channels 2 are bounded by the first support element 5 and the second support element 6.
- the two support elements 5, 6 extend from the distributor element 3 to the collector element 4. As a rule, the two support elements 5, 6 do not touch the distributor element 3 or the collector element 4.
- the first and second support element 5, 6 is mounted on the outside of the corresponding outermost channel 2. Defining the longitudinal dimension of the channel 2 as the distance between the distributor element 3 and the collecting element 4, the channels 2 of the heat exchanger 22 are parallel to this longitudinal dimension.
- Each of the channels 2 also has a width dimension 15. The width dimension 15 extends substantially parallel to the distributor element 3 or the collecting element 4. If the channels 2 adjacent to each other, that is, the channels touch each other at least in places, the sum of all widths 15 is equal to the width 16 of the heat exchanger.
- each installation element 13 has a width dimension 17.
- the sum of the width dimensions 15 of the channels 2 and the sum of the width dimensions 17 of the installation elements 13 results in the width 16 of the heat exchanger 22 in this case nor the corresponding width dimensions 18, 19 of the first and second support member 5, 6, so that the sum of the width dimensions 15 of the channels, any width dimensions 17 of the mounting elements 13 and the width dimensions 18, 19 of the first and second support elements, the width 23 of the heat exchanger block.
- width dimension 15 of one channel 2 may differ from the width dimension of each other channel 2.
- the first and second support elements 5, 6 serve to increase the dimensional stability of the heat exchanger block and increase the robustness of the heat exchanger block.
- the channels 2 and any installation elements 13 of the heat exchanger 22 are configured as thin as possible in order to optimize the heat transfer. So that the heat exchanger does not deform during operation due to its own weight or due to compressive forces which are exerted by the heat carrier or the transport fluid, the first and second support elements 5, 6 are provided.
- the support elements 5, 6 also have a different function when the assembly of the heat exchanger takes place.
- the Channels 2 made of an extruded profile, which in particular in the embodiment as a mini-channel or micro-channel 20 is produced by a suitable prior art extrusion process and is tailored to the desired longitudinal dimension 14.
- the distributor element 3 and the collecting element 4 are made of a tubular blank, in which openings for receiving one of the ends of the channels 2 are introduced, for example by punching.
- the distributor element 3 and the collecting element 4 can be made of strip material. The strip material is bent into the desired channel shape, the edges of the strip material are joined together by welding. Subsequently, the channel is cut to the desired length, and introduced the openings for receiving one of the ends of the channels 2.
- the blind ends of the distributor element 3 or the collecting element 4 are obtained by being closed by corresponding end caps.
- the wave-shaped internals 21 are also made of strip material, folded or corrugated accordingly and cut to the desired length.
- the first and second support element 5,6 can also be made of strip material. The strip material is also bent so that a U-beam is formed, which is then cut to the desired length.
- the distributor element 3, the collecting element 4, the first support element 5, the second support element 6, the channels 2 and the wave-shaped internals 21 are thus in the form of individual parts which must be fluid-tightly interconnected during assembly.
- a soldering method has proved to be particularly advantageous.
- the individual parts are preassembled, that is, the channels 2 are plugged together with the distributor element 3 and the collecting element 4, any wavy inserts 21 are arranged therebetween, and the first and second Support elements 5,6 attached. These items must be fixed in position to each other, so that a shifting of the items is excluded.
- the items are made according to a preferred method of a clad brazing, ie a sheet on which the solder is applied as a coating.
- the sheet is made in particular of aluminum, which is available inexpensively, has a low weight and sufficient thermal conductivity.
- the parts are placed after a cleaning step, after applying a flux for removing the soldering process disturbing oxide layer on the surface of the brazing sheet in a brazing furnace, in which the temperature is increased so that the solder is liquid and the items are connected by it. Subsequently, the temperature is lowered, so that the solder solidifies and a permanent connection of the items is ensured, so that a functioning heat exchanger block 1 is obtained.
- the fixation of the individual parts for carrying out the soldering process is of great importance. If the individual parts do not remain in the intended position with respect to each other, leaks may occur at the soldered heat exchanger block as well as distortion. Furthermore, the items may slip or deform in an improper manner, so that the soldering no longer leads to satisfactory results.
- a clamping element 10 is used, by means of which the first and second support elements 5, 6 with the channels 2 and the wave-shaped baffles 21 can be interconnected.
- This Clamping element 10 is in Fig. 1 shown in a position in which it is still or again separated from the heat exchanger block 1.
- FIG. 2 the attachment of the clamping element 10 is shown on one of the support elements 5, 6.
- Fig. 2 shows the state during the assembly of the individual parts
- Fig. 3 the situation at a temperature which is higher than the temperature during assembly, especially at the temperature in the soldering oven.
- the attachment of the clamping element 10 is explained on the corresponding support member 5, 6 only to one of the four attachment points shown.
- a different number of fastening points may be provided.
- each of the two support elements 5, 6 at least one tab 9. But it is quite possible to provide a tab 9 only one of the two support elements.
- the support elements 5,6 is designed as a U-carrier.
- This U-beam has a base 11 and two legs 12.
- the base 11 rests on the outermost channel 2 or the outermost heat exchange element 21, as in Fig. 1 is shown.
- the tab 9 is obtained by attaching two slots 24 in the leg.
- the slots 24 may extend substantially beyond the width dimension 18, 19 of the leg 12 of the corresponding support member 5, 6. They are arranged at an angle of approximately 90 ° to the edge 26 of the leg.
- the slots may extend over only a portion of the width dimension 18, 19, preferably over at least the Half of the width dimension, more preferably over at least 2/3 of the width dimension of the support member 5, 6 or its leg 12th
- each of the two slots 24 has a portion 25 that has an inclination angle with the edge 26 of the support member 5, 6 that is smaller than 90 °, so that the portions 25 approach towards the base 12.
- the slot 24 in its entirety may also have an inclination angle of less than 90 ° according to the above definition, which is shown in FIG Fig. 7 is shown.
- Fig. 8 In contrast to the preceding embodiments, a variant is shown, according to which the tab 9 as a projection 28 of the leg 11 of at least one of the two support elements 5, 6 is formed.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscherblock, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblocks gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1, 12.The invention relates to a heat exchanger block, and to a method for producing a heat exchanger block according to the preamble of the
Die Verwendung von Wärmetauschsystemen ist in einer kaum zu überblickenden Zahl von Anwendungen aus dem Stand der Technik bekannt. Wärmetauscher werden in Kühlanlagen, wie z.B. in gewöhnlichen Haushaltskühlschränken verwendet, in Klimaanlagen für Gebäude oder in Fahrzeugen aller Art, vor allem in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen, als Wasser- oder Ölkühler in Verbrennungsmotoren im mobilen oder stationären Betrieb, als Kondensatoren oder Verdampfer in Kühlmittelkreisen.The use of heat exchange systems is well known in a nearly intangible number of prior art applications. Heat exchangers are used in refrigerators, e.g. used in ordinary household refrigerators, in air conditioners for buildings or in vehicles of all kinds, especially in automobiles, aircraft and ships, as water or oil coolers in internal combustion engines in mobile or stationary operation, as condensers or evaporators in coolant circuits.
In der Folge soll zwischen "lamellierten Wärmetauschern" einerseits, und "Minikanal-" oder "Mikrokanalwärmetauschern" andererseits unterschieden werden.As a result, it should be distinguished between "laminated heat exchangers" on the one hand, and "mini-channel" or "microchannel heat exchangers" on the other hand.
Die seit sehr langer Zeit wohlbekannten lamellierten Wärmetauscher dienen, wie alle Typen von Wärmetauschern, zur Übertragung von Wärme zwischen zwei Medien, z.B. von einem Kühlmedium auf Luft oder umgekehrt. Das im Inneren der Kanäle des Wärmetauschers strömende Medium wird in der Folge als Wärmeträger bezeichnet. Das die Kanäle umströmende Medium wird in der Folge als Transportfluidum bezeichnet. Sowohl der Wärmeträger als auch das Transportfluidum können in flüssigem oder gasförmigen Zustand vorliegen. Wasser, Öl Luft oder ein Kältemittel seien beispielhaft für den Wärmeträger oder das Transportfluidum genannt. Eines dieser Medien wird durch den Wärmeübergang entsprechend abgekühlt, während das andere Medium erwärmt wird.The well known laminated heat exchangers, like all types of heat exchangers, serve to transfer heat between two media, e.g. from a cooling medium to air or vice versa. The flowing inside the channels of the heat exchanger medium is referred to as a heat carrier. The medium flowing around the channels is referred to below as Transportfluidum. Both the heat carrier and the transport fluid can be in liquid or gaseous state. Water, oil, air or a refrigerant are examples of the heat transfer medium or transport fluid. One of these media is cooled by the heat transfer accordingly, while the other medium is heated.
Im Allgemeinen hat das Transportfluidum, also z.B. die Luft, einen wesentlich niedrigeren Wärmeübergangskoeffizienten als der Wärmeträger, also z.B. das Kühlmittel oder Heizmittel, das innerhalb der Kanäle des Wärmetauschers zirkuliert. Dies wird durch stark unterschiedliche Wärmeübertragungsflächen für die beiden Medien ausgeglichen: Das Medium mit dem hohen Wärmeübergangskoeffizienten strömt im Kanal. Auf dessen Außenseite sind dünne Bleche, z. B. Rippen oder Lamellen angebracht, sodass die Aussenoberfläche des Kanals eine im Vergleich mit der Innenoberfläche des Kanals vergrößerte Wärmeübertragungsfläche aufweist, an der der Wärmeübergang mit dem Transportfluidum stattfindet.In general, the transport fluid, e.g. the air, a much lower heat transfer coefficient than the heat transfer medium, e.g. the coolant or heating medium that circulates within the channels of the heat exchanger. This is compensated for by the greatly differing heat transfer surfaces for the two media: The medium with the high heat transfer coefficient flows in the channel. On the outside are thin sheets, z. For example, ribs or fins are mounted so that the outer surface of the channel has a larger heat transfer area compared to the inner surface of the channel where the heat transfer with the transport fluid takes place.
Das Verhältnis von Außenoberfläche zur Innenoberfläche des Kanals hängt dabei von der Lamellengeometrie, die wiederum durch den Kanaldurchmesser, die Anordnung der Kanäle und den Abstand der Kanäle voneinander bestimmt ist, sowie vom Lamellenabstand d' ab. Der Lamellenabstand d' wird für unterschiedliche Anwendungen unterschiedlich gewählt. Rein thermodynamisch sollte er jedoch möglichst klein sein, jedoch nicht so klein, dass der Druckverlust auf der Seite des Transportfluidums zu groß ist. Ein wirtschaftliches Optimum liegt bei etwa 2 mm, was ein für Verflüssiger und Rückkühler typischer Wert ist.The ratio of the outer surface to the inner surface of the channel depends on the lamella geometry, which in turn is determined by the channel diameter, the arrangement of the channels and the distance of the channels from each other, and the lamellar spacing d 'from. The fin spacing d 'is chosen differently for different applications. However, purely thermodynamically, it should be as small as possible, but not so small that the pressure loss on the side of the transport fluid to is great. An economic optimum is about 2 mm, which is a typical value for condenser and recooler.
Der Wirkungsgrad ist dabei wesentlich durch die Tatsache bestimmt, dass die Wärme, die zwischen der Lamellenoberfläche und dem Transportfluidum übertragen wird, über Wärmeleitung durch die Lamellen zum Kanal übertragen werden muss. Diese Wärmeübertragung ist umso effektiver, je höher die Leitfähigkeit bzw. die Dicke der Lamelle ist, aber auch je kleiner der Abstand zwischen den Kanälen ist. Man spricht hier vom Lamellenwirkungsgrad. Als Lamellenmaterial kommt deshalb heutzutage überwiegend Aluminium zum Einsatz, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit (ca. 220 W/mK) zu wirtschaftlichen Bedingungen aufweist. Der Abstand der Kanäle sollte dabei möglichst klein sein. Thermodynamisch wäre eine Lösung, welche viele Kanäle in engem Abstand zueinander mit kleinen Durchmessern aufweist, optimal. Ein wesentlicher Kostenfaktor ist jedoch auch die Arbeitszeit zum Aufweiten und Verlöten der Kanäle. Dieser würde bei einer solchen Geometrie unverhältnismässig stark ansteigen.The efficiency is essentially determined by the fact that the heat that is transferred between the fin surface and the Transportfluidum must be transferred via heat conduction through the fins to the channel. This heat transfer is the more effective, the higher the conductivity or the thickness of the lamella, but also the smaller the distance between the channels. This is called the lamella efficiency. As a lamellar material is therefore nowadays predominantly aluminum used, which has a high thermal conductivity (about 220 W / mK) to economic conditions. The distance of the channels should be as small as possible. Thermodynamically, a solution that has many channels in close proximity to each other with small diameters would be optimal. A major cost factor, however, is also the working time for widening and soldering the channels. This would disproportionately increase with such a geometry.
Daher sind bereits vor einigen Jahren eine neue Klasse von Wärmetauschern, sogenannte Minikanal- oder auch Mikrokanalwärmetauscher entwickelt worden, die nach einem völlig anderen Verfahren hergestellt werden und fast dem Idealbild eines lamellierten Wärmetauschers entsprechen. Sie enthalten Minikanäle oder Mikrokanäle mit einem sehr kleinen Durchmesser, der in der Grössenordnung von 1 mm liegt. Zur Herstellung dieser Minikanäle oder Mikrokanäle werden bevorzugt Aluminiumstrangpressprofile verwendet.Therefore, a few years ago, a new class of heat exchangers, so-called mini-channel or micro-channel heat exchangers have been developed, which are manufactured by a completely different method and almost correspond to the ideal picture of a laminated heat exchanger. They contain miniature channels or microchannels with a very small diameter, which is of the order of 1 mm. For the production of these mini-channels or micro-channels aluminum extruded profiles are preferably used.
Im wesentlichen ist ein Wärmetauscherblock aus einem oder mehreren lamellierten Wärmetauschern bzw. aus ein oder mehreren MikrokanalWärmetauschern aufgebaut, wobei jeweils eine Einlassseite des Wärmetauscherblocks mit einem Verteilerelement und eine Auslassseite des Wärmetauscherblocks mit einem Sammelelement druckfest verlötet ist. Am Verteilerelement und am Sammelelement des ein oder mehrere Wärmetauscher umfassenden Wärmetauscherblocks ist dabei jeweils ein Verbindungsanschluss vorgesehen, so dass der Wärmetauscherblock mit einem externen System, z.B. mit einer Kältemaschine derart strömungsverbunden werden kann, dass der Wärmeträger im Betriebszustand zum Austausch von Wärme mit dem Transportfluidum unter einem vorgebbaren Betriebsdruck vom Verteilerelement durch den Wärmetauscher dem Sammelelement zugeführt werden kann.Essentially, a heat exchanger block is constructed from one or more laminated heat exchangers or from one or more microchannel heat exchangers, wherein in each case one inlet side of the heat exchanger block with a distributor element and an outlet side of the heat exchanger block with a collecting element is soldered flameproof. At the Distributor element and the collecting element of one or more heat exchanger comprehensive heat exchanger block is in each case provided a connection port, so that the heat exchanger block can be fluidly connected to an external system such as a chiller such that the heat carrier in the operating state to exchange heat with the Transportfluidum under a predeterminable operating pressure can be supplied from the distributor element through the heat exchanger to the collecting element.
Zur Herstellung des Wärmetauscherblocks werden alle Einzelteile in einem ersten Schritt lose zusammengesetzt, und eventuell unter Verwendung eines geeigneten Lots, Flussmittel und eventuell weiteren Hilfsmitteln in einem einzigen Lötverfahren in einem Lötofen zusammen verlötet. Der Wärmetauscher umfasst die Kanäle und allfällige Wärmeaustauschelemente, die zwischen den Kanälen angeordnet sind.For the production of the heat exchanger block, all the individual parts are loosely assembled in a first step, and possibly brazed together using a suitable solder, flux and possibly further aids in a single soldering process in a brazing furnace. The heat exchanger includes the channels and any heat exchange elements disposed between the channels.
Damit die Einzelteile manipulierbar sind, das heisst auf einem Förderband transportierbar, abnehmbar, stapelbar und förderbar sind, müssen die Einzelteile temporär mittels Spannelementen fixiert werden. Als derartige Spannelemente sind Spannkäfige, Spannbügel, Spannfedern oder Spannbänder bekannt.So that the items are manipulated, that is transportable on a conveyor belt, removable, stackable and conveyed, the items must be temporarily fixed by means of clamping elements. As such clamping elements clamping cages, clamps, tension springs or tension bands are known.
Diese Spannelemente bestehen in der Regel aus Stahl, während die Einzelteile des Wärmetauscherblocks bevorzugt aus Aluminium bestehen. Da Stahl und Aluminium unterschiedliche Wärmeausdehnung aufweisen, muss die Länge der Spannelemente so gewählt werden, dass der Wärmetauscherblock bei Raumtemperatur und bei der Löttemperatur, die in der Regel um die 600 °C beträgt, fixiert ist.These clamping elements are usually made of steel, while the individual parts of the heat exchanger block are preferably made of aluminum. Since steel and aluminum have different thermal expansion, the length of the clamping elements must be selected so that the heat exchanger block is fixed at room temperature and at the soldering temperature, which is usually around 600 ° C.
Verwendet man hierzu ein Spannband, führt dies hierzu, dass das Spannband bei Raumtemperatur keine Kraft auf den Wärmetauscherblock ausübt, was zur Folge hat, dass der Wärmetauscherblock schlecht manipulierbar ist. Die Einzelteile, insbesondere Wärmeaustauschelemente, die nicht in das Verteilerelement oder Sammelelement eingesteckt sind, verrutschen vor oder während des Lötverfahrens.If one uses a tension band for this, this leads to the fact that the tension band at room temperature no force on the heat exchanger block exerts, which has the consequence that the heat exchanger block is poorly manipulated. The items, especially heat exchange elements that are not plugged into the manifold or collector, slip before or during the soldering process.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden geknickte Spannbänder oder Federelemente vorgesehen. Ein geknicktes Spannband weist dabei eine Knickstelle auf, die beispielsweise in der Form einer Zacke ausgebildet ist. Diese Knickstelle dient der Verkürzung des Spannbandes, wobei gleichzeitig durch die Knickstelle eine Elastizität des Spannbandes gewährleistet ist. Alternativ dazu können Spannfedern zur Erhöhung der Elastizität verwendet werden. Nachteilig an diesen Lösungen ist jedoch, dass die Ergebnisse schlecht reproduzierbar sind. Es hat sich auch gezeigt, dass es zu einer Deformation der äussersten Kanäle und/oder der Wärmeaustauschelemente kommen kann.To avoid this disadvantage, kinked straps or spring elements were provided. A kinked strap has a kink, which is formed for example in the form of a prong. This kink serves to shorten the tension band, at the same time an elasticity of the tension band is ensured by the kink. Alternatively, tension springs can be used to increase the elasticity. A disadvantage of these solutions, however, is that the results are poorly reproducible. It has also been shown that a deformation of the outermost channels and / or the heat exchange elements can occur.
Des weiteren werden häufig auch Spannkäfige oder Spannbügel verwendet. Diese Spannkäfige oder Spannbügel sind zumeist als aufwendige Spannrahmenkonstruktion ausgestaltet, um die Einzelteile gegen Verrutschen zu sichern. Diese Spannrahmenkonstruktionen sind dementsprechend teuer und ab einer gewissen Wärmetauschergrösse aufgrund ihres Eigengewichts nicht mehr einsetzbar. Zudem haben diese Spannrahmenkonstruktionen eine grosse Masse, wodurch sie sich beim Lötverfahren langsamer erwärmen als das Lötgut, wodurch es zu Deformationen des Wärmetauscherblocks in der Aufheizphase kommen kann. Je grösser der Wärmetauscherblock ist, desto stärker sind die Auswirkungen dieser genannten Nachteile.Furthermore, clamping cages or clamps are often used. This clamping cages or clamps are usually designed as a complex clamping frame construction to secure the items against slipping. Accordingly, these clamping frame constructions are expensive and, from a certain heat exchanger size, can no longer be used due to their own weight. In addition, these clamping frame constructions have a large mass, whereby they heat up slower during soldering than the solder, which can lead to deformation of the heat exchanger block in the heating phase. The larger the heat exchanger block, the stronger the effects of these disadvantages.
Würde man hingegen ein Spannelement verwenden, mittels welchem die Einzelteile bei Raumtemperatur bereits genügend fixiert sind, dass sie ohne Verrutschen manipulierbar sind, würde der Wärmetauscherblock durch das Spannelement während des Lötverfahrens zu stark gespannt werden, da die Wärmedehnung von Aluminium grösser als die Wärmedehnung von Stahl ist.If, on the other hand, a clamping element were used by means of which the individual parts are already sufficiently fixed at room temperature that they can be manipulated without slipping, the heat exchanger block would be replaced by the Clamping element to be stretched too much during the soldering process, since the thermal expansion of aluminum is greater than the thermal expansion of steel.
Die übermässige Verspannung des Wärmetauscherblocks während des Lötverfahrens zieht die folgenden Probleme nach sich:
- Ein Spannband wird gegen die Oberfläche des Wärmetauschers gepresst und mit dem Wärmetauscher verlötet.
- A tension band is pressed against the surface of the heat exchanger and soldered to the heat exchanger.
Wie vorgängig bereits erwähnt, verformen sich die äusseren Kanäle und/oder Wärmeaustauschelemente und bei der Ausführung als Wellrippen können diese sogar kollabieren.As previously mentioned, deform the outer channels and / or heat exchange elements and in the design as corrugated fins they can even collapse.
Die Kanäle werden in Richtung der Mitte des Wärmetauschers verbogen, das heisst, es kommt zu einen Einfallen oder Kollabieren des Wärmetauschers. In der Folge kommt es zu undefinierten Verformungen des Verteilerelements oder des Sammelelements.The channels are bent in the direction of the center of the heat exchanger, that is, there is a collapse or collapse of the heat exchanger. As a result, undefined deformations of the distributor element or the collecting element occur.
Es wurden auch Fälle beobachtet, in welchen sich Spannbänder aufgrund der zu starken Spannung vom Wärmetauscherblock abgelöst haben. Diese Ablösung erfolgt unvermittelt durch ein Abspringen des Spannbandes im Lötofen, was Schäden an dem Förderband oder an der Lötlinie zur Folge haben kann.Cases have also been observed in which tension bands have detached from the heat exchanger block due to excessive tension. This detachment takes place abruptly by jumping off the tensioning band in the soldering furnace, which can result in damage to the conveyor belt or to the soldering line.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Wärmetauscher gemeinsam mit den Stützelementen sowie dem Verteilerelement und Sammlerelement vor dem Löten als Wärmetauscherblock derart zu fixieren, dass dieser Wärmetauscherblock manipulierbar und lötbar ist, ohne dass es zu einer Verformung oder einem Verrutschen der Einzelteile zueinander kommt.The object of the invention is therefore to fix the heat exchanger together with the support elements and the distributor element and collector element before soldering as a heat exchanger block such that this heat exchanger block can be manipulated and soldered, without causing any deformation or slippage of the individual parts to each other.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Wärmetauscherblock vorgeschlagen, der eine Mehrzahl von Kanälen umfasst, ein Verteilerelement zur Verteilung eines Wärmeträgers auf die Kanäle, ein Sammelelement zur Aufnahme des Wärmeträgers aus den Kanälen, wobei die Kanäle eine Verbindung zwischen dem Verteilerelement und dem Sammelelement ausbilden, sodass der Wärmeträger vom Verteilerelement durch die Kanäle in das Sammelelement strömen kann, wobei ein erstes Stützelement und ein zweites Stützelement vorgesehen ist, wobei das erste Stützelement gegenüberliegend zum zweiten Stützelement angeordnet ist und sich die Stützelemente zwischen dem Verteilerelement und dem Sammelelement erstrecken und die Kanäle zwischen dem ersten und zweiten Stützelement angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Stützelemente eine Lasche aufweist, die zur Aufnahme des Spannelements dient, wobei die Lasche relativ zum Stützelement bewegbar ist, sodass mittels des Spannelements die Kanäle in einer definierten Position zum Stützelement haltbar sind.To solve the problem, a heat exchanger block is proposed which comprises a plurality of channels, a distributor element for distributing a Heat transfer to the channels, a collecting element for receiving the heat carrier from the channels, wherein the channels form a connection between the distributor element and the collecting element, so that the heat transfer medium from the distributor element can flow through the channels in the collecting element, wherein a first support member and a second support member is provided, wherein the first support element is arranged opposite to the second support element and the support elements between the distributor element and the collecting element extend and the channels between the first and second support element are arranged, characterized in that at least one of the support elements has a tab, the Receiving the clamping element is used, wherein the tab is movable relative to the support element, so that by means of the clamping element, the channels are stable in a defined position to the support element.
Die Spannung ist somit für jeden Temperaturbereich einstellbar, sodass eine ausreichende Spannung des Wärmetauscherblocks gewährleistet ist, damit er manipulierbar ist.The voltage is thus adjustable for each temperature range, so that a sufficient voltage of the heat exchanger block is ensured so that it can be manipulated.
Eine aufwendige Berechnung des Spannmasses kann verzichtet werden, da durch die bewegliche Lasche die Spannung eingestellt werden kann. Somit ist die vorgeschlagene Spanntechnik für eine Vielzahl von unterschiedlichen Fertigungsabläufen geeignet.A complex calculation of the clamping mass can be dispensed with, since the voltage can be adjusted by the movable tab. Thus, the proposed clamping technique is suitable for a variety of different manufacturing processes.
Durch die Bewegung der Lasche hebt sich das Spannelement vom Wärmetauscher ab, sodass ein Anlöten des Spannelements am Wärmetauscher sicher vermieden wird.By the movement of the tab, the clamping element lifts off from the heat exchanger, so that a soldering of the clamping element on the heat exchanger is reliably avoided.
Die Lasche kann nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel elastisch verformbar sein. In diesem Fall wird das Spannelement durch die Lasche vorgespannt, das heisst die Lasche übt eine Zugbelastung auf das Spannelement aus, wodurch es zur Verspannung kommt. Wenn die Zugbelastung durch Wärmedehnung des Wärmetauschers zunimmt, gibt die Lasche nach und übt weiter eine definierte Spannkraft aus. Wenn der Wärmetauscher nach dem Löten abgekühlt wird, schrumpft er allmählich im wesentlichen auf seine ursprünglichen Abmessungen zusammen. In diesem Fall schiebt die Lasche durch die elastische Rückstellbewegung derselben das Spannelement, sodass das Spannelement weiterhin eine definierte Spannkraft ausübt. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Wärmetauscherblock manipulierbar bleibt, wenn die Lötverbindungen noch nicht vollständig verfestigt sind. Daher kann gemäss dieser Lösung zu hohe Spannung des Spannelements nicht mehr auftreten, wodurch auch ein Ablösen des Spannelements vom Wärmetauscherblock vermieden werden kann.The tab may be elastically deformable according to a preferred embodiment. In this case, the clamping element is biased by the tab, that is, the tab exerts a tensile load on the clamping element, causing it to tension. If the Tensile stress increases due to thermal expansion of the heat exchanger, the tab yields and continues to exercise a defined clamping force. When the heat exchanger is cooled after soldering, it gradually shrinks substantially to its original dimensions. In this case, pushes the tab by the elastic return movement thereof the clamping element, so that the clamping element continues to exert a defined clamping force. This ensures that the heat exchanger block remains manipulable if the solder joints are not yet fully solidified. Therefore, according to this solution too high a tension of the clamping element can no longer occur, whereby a detachment of the clamping element can be avoided by the heat exchanger block.
Zudem oder alternativ zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel kann die Lasche auch plastisch verformbar sein. Hierdurch kann insbesondere eine zu starke Spannung während des Lötverfahrens kontrolliert abgebaut werden. In diesem Fall zieht das Spannelement an der Lasche, um die plastische Verformung desselben zu bewirken. Lässt die Zugspannung auf das Spannelement nach, schiebt das Spannelement die Lasche wieder in Richtung deren Ausgangsposition.In addition or as an alternative to the preceding embodiment, the tab can also be plastically deformable. As a result, it is possible, in particular, for controlled breakdown of excessive stress during the soldering process. In this case, the tension member pulls on the tab to effect the plastic deformation thereof. If the tension on the tensioning element lags behind, the tensioning element pushes the flap back in the direction of its starting position.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zumindest eines der ersten und zweiten Stützelemente als U-Träger ausgebildet, wobei der U Träger eine Basis und zwei Schenkel aufweist, wobei jeder der Schenkel sich von der Basis auf eine Seite erstreckt, die von den Kanälen abgewendet ist, das heisst der Schenkel erstreckt sich auf der Seite, die den Kanälen gegenüber liegt bezogen auf eine sich in der Oberfläche des Schenkels erstreckende Ebene. Ein derartiger U-Träger ist einfach aus Bandmaterial zu fertigen und kann an beliebige Abmessungen des Wärmetauschers angepasst werden.According to a preferred embodiment, at least one of the first and second support members is formed as a U-beam, the U-beam having a base and two legs, each of the legs extending from the base to a side facing away from the channels That is, the leg extends on the side opposite the channels with respect to a plane extending in the surface of the leg. Such a U-beam is easy to manufacture from strip material and can be adapted to any dimensions of the heat exchanger.
Nach einer besonders einfachen und kostengünstigen Variante wird die Lasche aus dem Schenkel des U-Trägers gebildet. Hierzu kann der Schenkel des Trägers selbst derart ausgestaltet sein, dass er eine elastische oder plastische Verformung zulässt, wenn die Vorspannung durch das Spannelement über den zulässigen Bereich hinaus geht.After a particularly simple and inexpensive variant, the tab is formed from the leg of the U-beam. For this purpose, the leg of the carrier itself can be designed such that it allows elastic or plastic deformation when the bias through the clamping element goes beyond the permissible range.
Insbesondere ist die Lasche von zwei Schlitzen begrenzt, welche im Schenkel des U-Trägers verlaufen. Die Schlitze werden in einfacher Weise an geeigneter Stelle in den Schenkel eingeschnitten.In particular, the tab is bounded by two slots which run in the leg of the U-beam. The slots are easily cut at a suitable location in the leg.
Die Schlitze sich können sich über die Hälfte, vorzugsweise 2/3 besonders bevorzugt im wesentlichen über die gesamte Breite des Schenkels erstrecken. Über die Länge der Schlitze kann insbesondere die Längenänderung durch die Wärmeausdehnung je nach Grüsse des Wärmetauschers und gewünschter Auslenkung der Lasche eingestellt werden. Je grösser die Auslenkung der Lasche ist, desto grösser ist die Distanz des Spannelements vom Wärmetauscher.The slots may extend over half, preferably 2/3 more preferably substantially over the entire width of the leg. In particular, the length change can be adjusted by the thermal expansion depending on the greetings of the heat exchanger and the desired deflection of the tab over the length of the slots. The greater the deflection of the tab, the greater the distance of the clamping element from the heat exchanger.
Zumindest einer der Schlitze kann zumindest einen Abschnitt aufweisen, der in einem Winkel ungleich 90° zur Kante des Schenkels angeordnet ist. Hierdurch kann die aufzuwendende Kraft zur Auslenkung der Lasche in Abhängigkeit von der Zeit eingestellt werden. Beispielsweise kann zu Beginn des Lötverfahrens eine geringe Auslenkung gewünscht sein und im Verlauf des Lötverfahrens eine stärkere Auslenkung erfolgen, damit ein Anlöten des Spannelements vermieden werden kann, indem die Breite der Lasche durch die Winkelanordnung der Schlitze variiert wird.At least one of the slots may have at least one portion which is disposed at an angle other than 90 ° to the edge of the leg. As a result, the force to be applied for the deflection of the tab can be adjusted as a function of time. For example, at the beginning of the soldering process, a small deflection may be desired and a greater deflection may occur during the soldering process, in order to avoid soldering of the clamping element by varying the width of the flap by the angular arrangement of the slots.
Umgekehrt kann auch zu Beginn des Lötverfahrens eine grössere Auslenkung gewünscht sein, damit die durch die Wärmedehnung erzeugten Spannungen schnell abgebaut werden und während des Lötverfahrens eine höhere Spannung gewünscht sein, sodass ein Verschieben der Einzelteile während des Lötverfahrens sicher ausgeschlossen werden kann.Conversely, a greater deflection may be desired at the beginning of the soldering process, so that the stresses generated by the thermal expansion are degraded quickly and during the soldering a higher Voltage may be desired so that a shifting of the items during the soldering process can be safely excluded.
In den meisten Fällen ist der Wärmedehnungskoeffizient des Materials des Spannelements kleiner als der Wärmedehnungskoeffizient des Materials der Kanäle und/oder der Stützelemente.In most cases, the thermal expansion coefficient of the material of the clamping element is smaller than the coefficient of thermal expansion of the material of the channels and / or the support elements.
Die Lasche kann nach einem weiteren Ausführungsbeispiel als Vorsprung des Stützelements ausgebildet sein.The tab may be formed according to a further embodiment as a projection of the support member.
Das Material der Kanäle und/oder der Stützelemente kann Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassen. Ein für die Praxis sehr wichtiges Beispiel betrifft einen Wärmetauscherblock, z.B. einen Wärmetauscherblock umfassend zumindest einen Wärmetauscher, welcher Kanäle enthält, die als Minikanäle oder Mikrokanäle ausgebildet sind. Der Wärmetauscherblock wird bevorzugt komplett aus Aluminium gefertigt.The material of the channels and / or the support elements may comprise aluminum or an aluminum alloy. A very important example in practice relates to a heat exchanger block, e.g. a heat exchanger block comprising at least one heat exchanger, which contains channels which are designed as mini-channels or microchannels. The heat exchanger block is preferably made entirely of aluminum.
Zumindest zwischen einem Teil der Kanäle können Wärmeaustauschelemente angeordnet sein, mittels welchen je zwei benachbarte Kanäle miteinander verbindbar sind. Die Wärmeaustauschelemente können insbesondere als wellenförmige Einbauten ausgebildet sein. Die Wärmeaustauschelemente ragen in den Strömungsweg des Transportfluidums und dienen der Erhöhung der Wärmeaustauschfläche auf der transportfluidumseitigen Oberfläche des Wärmetauschers.At least between a part of the channels heat exchange elements can be arranged, by means of which two adjacent channels are connected to each other. The heat exchange elements can be designed in particular as wave-shaped internals. The heat exchange elements protrude into the flow path of the transport fluid and serve to increase the heat exchange surface on the transport fluid-side surface of the heat exchanger.
Das Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblocks zum Austausch von Wärme zwischen einem Wärmeträger und einem Transportfluidum nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, umfasst die Schritte, Verbinden des ersten Stützelements und des zweiten Stützelements mit dem Spannelement
Verspannen der sich zwischen dem ersten und zweiten Stützelement erstreckenden Kanäle mittels des Spannelements, sodass die Kanäle mit den Stützelementen den Wärmetauscherblock bilden.The method for producing a heat exchanger block for exchanging heat between a heat carrier and a transport fluid according to one of the preceding embodiments comprises the steps of connecting the first support element and the second support element to the clamping element
Bracing the between the first and second support member extending channels by means of the clamping element, so that the channels with the support elements form the heat exchanger block.
Dieser Wärmetauscherblock kann unter hohem Betriebsdruck und unter erheblichen mechanischen Belastungen, z.B. unter Biegebelastungen, sicher betrieben werden, lässt lange Wartungsintervalle zu und hat eine deutlich höhere Lebensdauer als die aus dem Stand der Technik bekannten Wärmetauscherblöcke, insbesondere bedingt dadurch, dass die Verlötung durch die genauere Positionierung der Einzelteile und die geringeren Verspannungen präziser erfolgen kann.This heat exchanger block can be operated under high operating pressure and under considerable mechanical loads, e.g. under Biegebelastungen, safely operated, allows long maintenance intervals and has a much longer life than the known from the prior art heat exchanger blocks, in particular due to the fact that the soldering can be done more precisely by the more accurate positioning of the items and the lower tension.
Das Verteilerelement und das Sammelelement werden an je ein Ende der Kanäle aufgesteckt. Hierzu kann es vorteilhaft sein, wenn der Wärmetauscher und die beiden Stützelemente vorab bereits durch ein Spannelement fixiert sind.The distributor element and the collecting element are attached to one end of the channels. For this purpose, it may be advantageous if the heat exchanger and the two support elements are already fixed in advance by a clamping element.
Der Wärmetauscherblock wird nach der Fixierung der Einzelteile in einem Lötofen platziert und das Sammelelement, das Verteilerelement, die Kanäle sowie die ersten und beiden Stützelemente werden in einem Lötverfahren gemeinsam verlötet. Das Lötverfahren kann hierbei diskontinuierlich ablaufen, was insbesondere bei kleinen Stückzahlen vorteilhaft sein kann, oder in kontinuierlicher Weise. Der mit den Spannelementen versehene Wärmetauscherblock wird hierzu auf ein Förderband gelegt,und anschliessend auf dem Förderband in den Lötofen transportiert. Der Lötofen enthält Zonen verschiedener Temperatur, sodass ein kontrolliertes Aufheizen und Abkühlen des Wärmetauscherblocks erfolgen kann. Nach dem Abkühlen kann der fertige Wärmetauscherblock vom Förderband entnommen werden und allfälligen weiteren Bearbeitungsschritten zugeführt werden.The heat exchanger block is placed after fixing the items in a brazing furnace and the collecting element, the distributor element, the channels and the first and two support members are soldered together in a soldering process. The soldering process may be discontinuous, which may be advantageous in particular for small quantities, or in a continuous manner. The provided with the clamping elements heat exchanger block is placed on a conveyor belt, and then transported on the conveyor belt in the soldering oven. The brazing furnace contains zones of different temperature, so that a controlled heating and cooling of the heat exchanger block can take place. After cooling, the finished heat exchanger block can be removed from the conveyor belt and fed to any further processing steps.
Spätestens nach der Fixierung der Einzelteile kann vor dem Verlöten noch ein Reinigungsschritt zwischengeschaltet werden. Des weiteren wird bei Einzelteilen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in der Regel ein Flussmittel auf den Wärmetauscherblock aufgebracht, um die Oxidschicht, die sich auf der Oberfläche jedes Aluminiumbauteils befindet, zu beseitigen, sie den Lötprozess behindern würde.At the latest after the fixation of the individual parts, a cleaning step can be interposed before soldering. Furthermore, at Aluminum or aluminum alloy components, typically a flux is applied to the heat exchanger block to eliminate the oxide layer that is on the surface of each aluminum component, which would hinder the soldering process.
Das Spannelement wird im Anschluss an das Lötverfahren entfernt und kann erneut für weitere zu lötende Wärmetauscherblöcke zum Einsatz kommen.The clamping element is removed following the soldering process and can be used again for other heat exchanger blocks to be soldered.
Das verwendete Lötverfahren kann ein an sich bekanntes Lötverfahren, zum Beispiel ein Hartlötverfahren, insbesondere ein Aluminiumhartlötverfahren sein.The soldering method used may be a per se known soldering method, for example a brazing method, in particular an aluminum brazing method.
In der Praxis ist der Wärmetauscherblock der vorliegenden Erfindung häufig ein Kühler, ein Kondensator oder ein Verdampfer, insbesondere für eine mobile oder stationäre Heizungsanlage, Kühlanlage oder Klimaanlage, insbesondere eine Kühlervorrichtung für eine Maschine, eine Datenverarbeitungsanlage oder für ein Gebäude ist oder ein Wärmetauscherblock für eine andere geeignete Anwendung.In practice, the heat exchanger block of the present invention is often a radiator, a condenser or an evaporator, in particular for a mobile or stationary heating system, cooling system or air conditioning, in particular a cooler device for a machine, a data processing system or for a building or a heat exchanger block for a other suitable application.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den schematischen, nicht massstäblichen Zeichnungen zeigen teilweise im Schnitt:
-
Fig. 1 : Eine Ansicht des erfindungsgemässen Wärmetauscherblocks sowie eines zugehörigen Spannelements, -
Fig. 2 : ein Detail eines Stützelements in einer ersten Position, -
Fig. 3 : ein Detail eines Stützelements in einer zweiten Position, -
Fig. 4 : eine Ansicht einer ersten Variante einer Lasche, -
Fig. 5 : eine Ansicht einer zweiten Variante einer Lasche, -
Fig. 6 : eine Ansicht einer dritten Variante einer Lasche, -
Fig. 7 eine Ansicht einer vierten Variante einer Lasche, -
Fig. 8 : eine Ansicht einer fünften Variante einer Lasche.
-
Fig. 1 : A view of the heat exchanger block according to the invention and of an associated tensioning element, -
Fig. 2 : a detail of a support element in a first position, -
Fig. 3 : a detail of a support element in a second position, -
Fig. 4 : a view of a first variant of a tab, -
Fig. 5 : a view of a second variant of a tab, -
Fig. 6 : a view of a third variant of a tab, -
Fig. 7 a view of a fourth variant of a tab, -
Fig. 8 : a view of a fifth variant of a tab.
Die Kanäle 2 können insbesondere als Mikrokanäle 20 ausgebildet sein. Der Wärmeträger 7 durchströmt diese Mikrokanäle 20, die in der vorliegenden Darstellung in
Der Abstand zwischen den Kanälen 2, der vom Transportfluidum 8 durchströmt wird, kann ebenfalls Einbauelemente 13 enthalten, die in
Die Kanäle 2 werden von dem ersten Stützelement 5 und dem zweiten Stützelement 6 begrenzt. Die beiden Stützelemente 5, 6 erstrecken sich von dem Verteilerelement 3 zum Sammelelement 4. In der Regel berühren die beiden Stützelemente 5, 6 das Verteilerelement 3 oder das Sammelelement 4 nicht. Das erste bzw. zweite Stützelement 5, 6 ist an der Aussenseite des entsprechenden äussersten Kanals 2 angebracht. Definiert man die Längsabmessung des Kanals 2 als den Abstand zwischen dem Verteilerelement 3 und dem Sammelelement 4, liegen die Kanäle 2 des Wärmetauschers 22 parallel zu dieser Längsabmessung. Jeder der Kanäle 2 weist zudem eine Breitenabmessung 15 auf. Die Breitenabmessung 15 erstreckt sich im wesentlichen parallel zu dem Verteilerelement 3 oder dem Sammelelement 4. Liegen die Kanäle 2 angrenzend aneinander, das heisst, die Kanäle berühren sich zumindest stellenweise, ist die Summe aller Breitenabmessungen 15 gleich der Breite 16 des Wärmetauschers. Liegen hingegen zwischen den Kanälen Einbauelemente 15, so hat jedes Einbauelement 13 eine Breitenabmessung 17. Die Summe der Breitenabmessungen 15 der Kanäle 2 und die Summe der Breitenabmessungen 17 der Einbauelemente 13 ergibt in diesem Fall die Breite 16 des Wärmetauschers 22. Zu dieser Breite 16 kommen noch die entsprechenden Breitenabmessungen 18, 19 des ersten und zweiten Stützelements 5, 6, sodass die Summe der Breitenabmessungen 15 der Kanäle, allfälliger Breitenabmessungen 17 der Einbauelemente 13 sowie der Breitenabmessungen 18, 19 der ersten und zweiten Stützelemente die Breite 23 des Wärmetauscherblocks ergeben.The
Selbstverständlich kann sich die Breitenabmessung 15 eines Kanals 2 von der Breitenabmessung jedes anderen Kanals 2 unterscheiden. Analoges gilt für die Breitenabmessungen 17 der Einbauelemente 13 sowie die Breitenabmessungen 18, 19 der ersten und zweiten Stützelemente 5, 6.Of course, the
Die ersten und zweiten Stützelemente 5, 6 dienen der Erhöhung der Formstabilität des Wärmetauscherblocks und der Erhöhung der Robustheit des Wärmetauscherblocks. Die Kanäle 2 sowie allfällige Einbauelemente 13 des Wärmetauschers 22 sind möglichst dünnwandig ausgestaltet, um den Wärmeübergang zu optimieren. Damit sich der Wärmetauscher im Betrieb nicht durch sein Eigengewicht oder durch Druckkräfte, die durch den Wärmeträger oder das Transportfluidum ausgeübt werden, verformt, sind die ersten und zweiten Stützelemente 5, 6 vorgesehen.The first and
Die Stützelemente 5, 6 haben aber auch noch eine andere Funktion, wenn der Zusammenbau des Wärmetauschers erfolgt. Üblicherweise werden die Kanäle 2 aus einem Strangpressprofil hergestellt, welches insbesondere in der Ausführung als Minikanal oder Mikrokanal 20 mit einem geeigneten vorbekannten Extrusionsverfahren hergestellt wird und auf die gewünschte Längsabmessung 14 zugeschnitten wird. Das Verteilerelement 3 sowie das Sammelelement 4 werden aus einem rohrförmigen Rohling gefertigt, in welchen Öffnungen zur Aufnahme je eines der Enden der Kanäle 2 eingebracht werden, beispielsweise durch Stanzen. Alternativ dazu kann das Verteilerelement 3 sowie das Sammelelement 4 aus Bandmaterial hergestellt werden. Das Bandmaterial wird in die gewünschte Kanalform gebogen, die Kanten des Bandmaterials miteinander durch Schweissen verbunden. Anschliessend wird der Kanal auf die gewünschte Länge zugeschnitten, sowie die Öffnungen zur Aufnahme je eines der Enden der Kanäle 2 eingebracht. Die blinden Enden des Verteilerelements 3 oder des Sammelelements 4 werden erhalten, indem sie durch entsprechende Endkappen verschlossen werden.But the
Die wellenförmigen Einbauten 21 werden ebenfalls aus Bandmaterial hergestellt, entsprechend gefaltet oder gewellt und auf die gewünschte Länge zugeschnitten. Das erste und zweite Stützelement 5,6 kann auch aus Bandmaterial gefertigt werden. Das Bandmaterial wird ebenfalls derart gebogen, dass ein U-Träger entsteht, der anschliessend auf die gewünschte Länge zugeschnitten wird.The wave-shaped
Das Verteilerelement 3, das Sammelelement 4, das erste Stützelement 5, das zweite Stützelement 6, die Kanäle 2 sowie die wellenförmigen Einbauten 21 liegen somit als Einzelteile vor, die beim Zusammenbau fluiddicht miteinander verbunden werden müssen. Hierzu hat sich ein Lötverfahren als besonders vorteilhaft erwiesen. Zur Durchführung des Lötverfahrens werden die Einzelteile vormontiert, das heisst die Kanäle 2 mit dem Verteilerelement 3 und dem Sammelelement 4 zusammengesteckt, allfällige wellenförmige Einbauten 21 dazwischen angeordnet, sowie die ersten und zweiten Stützelemente 5,6 angebracht. Diese Einzelteile müssen in ihrer Position zueinander fixiert werden, damit ein Verschieben der Einzelteile ausgeschlossen ist.The
Die Einzelteile sind nach einem bevorzugten Verfahren aus einem plattierten Hartlotbleich hergestellt, das heisst einem Blech, auf welchem das Lötmittel als Beschichtung aufgebracht ist. Das Blech besteht insbesondere aus Aluminium, welches kostengünstig erhältlich ist, ein geringes Gewicht und ausreichende Wärmeleitfähigkeit aufweist.The items are made according to a preferred method of a clad brazing, ie a sheet on which the solder is applied as a coating. The sheet is made in particular of aluminum, which is available inexpensively, has a low weight and sufficient thermal conductivity.
Die Einzelteile werden nach einem Reinigungsschritt, nach Aufbringen eines Flussmittels zur Entfernung der beim Lötverfahren störenden Oxidschicht an der Oberfläche des Hartlotblechs in einen Lötofen eingebracht, in welchem die Temperatur soweit erhöht wird, dass das Lötmittel flüssig wird und die Einzelteile hierdurch verbunden werden. Im Anschluss wird die Temperatur abgesenkt, sodass das Lötmittel sich verfestigt und eine dauerhafte Verbindung der Einzelteile gewährleistet ist, sodass ein funktionsfähiger Wärmetauscherblock 1 erhalten wird.The parts are placed after a cleaning step, after applying a flux for removing the soldering process disturbing oxide layer on the surface of the brazing sheet in a brazing furnace, in which the temperature is increased so that the solder is liquid and the items are connected by it. Subsequently, the temperature is lowered, so that the solder solidifies and a permanent connection of the items is ensured, so that a functioning heat exchanger block 1 is obtained.
Wie in der Einleitung ausgeführt worden ist, kommt der Fixierung der Einzelteile zur Durchführung des Lötverfahrens eine grosse Bedeutung zu. Verbleiben die Einzelteile nicht in der vorgesehenen Lage zueinander, kann es am gelöteten Wärmetauscherblock zu Undichtigkeiten kommen sowie zu Verzug. Des weiteren können die Einzelteile verrutschen oder sich in unzulässiger Weise verformen, sodass das Verlöten nicht mehr zu zufriedenstellenden Ergebnissen führt.As has been stated in the introduction, the fixation of the individual parts for carrying out the soldering process is of great importance. If the individual parts do not remain in the intended position with respect to each other, leaks may occur at the soldered heat exchanger block as well as distortion. Furthermore, the items may slip or deform in an improper manner, so that the soldering no longer leads to satisfactory results.
Gemäss
In
Das Stützelemente 5,6 ist als U-Träger ausgebildet. Dieser U-Träger weist eine Basis 11 auf sowie zwei Schenkel 12. Die Basis 11 liegt auf dem zuäusserst gelegenen Kanal 2 oder dem zuäusserst gelegenen Wärmeaustauschelement 21 auf, wie in
Die Lasche 9 wird erhalten, indem im Schenkel zwei Schlitze 24 angebracht werden.The
Gemäss
Gemäss
Im Unterschied zu
In
Der Fachmann weiss, dass die im Rahmen dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich exemplarisch zu verstehen sind. Das heisst, die Erfindung ist nicht allein auf die beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind alle geeigneten Kombinationen der vorgestellten speziellen Ausführungsformen durch die Erfindung ebenfalls abgedeckt.The person skilled in the art knows that the exemplary embodiments described within the scope of this application are to be understood as merely exemplary. That is, the invention is not limited solely to the specific embodiments described. In particular, all suitable combinations of the specific embodiments presented are also covered by the invention.
Claims (15)
Verspannen der sich zwischen dem ersten und zweiten Stützelement (5,6) erstreckenden Kanäle (2) mittels des Spannelements (10), sodass die Kanäle (2) mit den Stützelementen (5,6) den Wärmetauscherblock bilden.Method for producing a heat exchanger block for exchanging heat between a heat carrier (7) and a transport fluid (8) according to one of the preceding claims, comprising the steps of connecting the first support element (5) and the second support element (6) to the clamping element (10 )
Clamping the between the first and second support member (5,6) extending channels (2) by means of the clamping element (10), so that the channels (2) with the support elements (5,6) form the heat exchanger block.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP09170069A EP2295920A1 (en) | 2009-09-11 | 2009-09-11 | Heater block and method for manufacturing same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP09170069A EP2295920A1 (en) | 2009-09-11 | 2009-09-11 | Heater block and method for manufacturing same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP2295920A1 true EP2295920A1 (en) | 2011-03-16 |
Family
ID=41796596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP09170069A Withdrawn EP2295920A1 (en) | 2009-09-11 | 2009-09-11 | Heater block and method for manufacturing same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2295920A1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2506000A1 (en) * | 1981-05-16 | 1982-11-19 | Sueddeutsche Kuehler Behr | FLAT TUBE HEAT EXCHANGER |
US4700469A (en) * | 1986-03-24 | 1987-10-20 | General Motors Corporation | Detachable clamp for fixturing heat exchanger core assemblies for brazing in combination with the heat exchanger core |
US4876778A (en) * | 1987-03-30 | 1989-10-31 | Toyo Radiator Co., Ltd. | Method of manufacturing a motorcycle radiator |
US5014771A (en) * | 1990-09-17 | 1991-05-14 | General Motors Corporation | Heat exchanger core reinforcement |
JPH06201288A (en) * | 1992-12-29 | 1994-07-19 | Nippondenso Co Ltd | Heat exchanger and manufacture thereof |
DE10355123A1 (en) * | 2002-11-25 | 2004-06-03 | Behr Gmbh & Co. Kg | Heat transfer unit especially for a motor vehicle and production process has side section with base plate and strengthening flanges formed from the base plate |
DE102006016066A1 (en) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Behr Gmbh & Co. Kg | Heat exchanger for motor vehicle has tubes through which hot medium flows, collecting boxes and side part with slots to absorb stress on outermost tube, with slots to change its spring constant relative to side part without slots |
-
2009
- 2009-09-11 EP EP09170069A patent/EP2295920A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2506000A1 (en) * | 1981-05-16 | 1982-11-19 | Sueddeutsche Kuehler Behr | FLAT TUBE HEAT EXCHANGER |
US4700469A (en) * | 1986-03-24 | 1987-10-20 | General Motors Corporation | Detachable clamp for fixturing heat exchanger core assemblies for brazing in combination with the heat exchanger core |
US4876778A (en) * | 1987-03-30 | 1989-10-31 | Toyo Radiator Co., Ltd. | Method of manufacturing a motorcycle radiator |
US5014771A (en) * | 1990-09-17 | 1991-05-14 | General Motors Corporation | Heat exchanger core reinforcement |
JPH06201288A (en) * | 1992-12-29 | 1994-07-19 | Nippondenso Co Ltd | Heat exchanger and manufacture thereof |
DE10355123A1 (en) * | 2002-11-25 | 2004-06-03 | Behr Gmbh & Co. Kg | Heat transfer unit especially for a motor vehicle and production process has side section with base plate and strengthening flanges formed from the base plate |
DE102006016066A1 (en) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Behr Gmbh & Co. Kg | Heat exchanger for motor vehicle has tubes through which hot medium flows, collecting boxes and side part with slots to absorb stress on outermost tube, with slots to change its spring constant relative to side part without slots |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3752324T2 (en) | capacitor | |
DE69402786T2 (en) | Heat exchanger and process for its manufacture | |
DE69809121T2 (en) | heat exchangers | |
DE69715107T2 (en) | Process for the production of flat tubes for heat exchangers | |
EP3531055B1 (en) | Plate-type heat exchanger and method of manufacturing same | |
DE69202964T2 (en) | Heat exchanger. | |
DE69708730T2 (en) | Heat exchanger and process for its manufacture | |
DE69504631T2 (en) | METHOD FOR BRAZING FLAT TUBES FOR FINED SHAPED HEAT EXCHANGERS | |
DE69804007T2 (en) | METHOD FOR ASSEMBLING HEAT EXCHANGERS | |
WO2001014080A1 (en) | Heat exchanger | |
DE102006002932B4 (en) | Heat exchangers and manufacturing processes for heat exchangers | |
EP2771636B1 (en) | Heat exchanger | |
EP0990868B1 (en) | Heat exchanger | |
DE10150213A1 (en) | Extruded profile, particularly for heat exchanger, is preferably of aluminum or aluminum alloy and comprises at least two tubes with equal or different geometry joined to each other by ribs | |
DE102011076172A1 (en) | Finned heat exchangers | |
DE102015120487A1 (en) | heat exchangers | |
DE602006000675T2 (en) | Corrugated rib for integral heat exchanger | |
WO2004065882A1 (en) | Heat exchanger, especially gas cooler | |
DE112018002987T5 (en) | heat exchangers | |
EP2167895B1 (en) | Heat exchanger | |
DE102006015002B4 (en) | Heat exchanger and method for producing the same | |
EP3009780B1 (en) | Heat exchanger | |
EP2295920A1 (en) | Heater block and method for manufacturing same | |
WO2004065884A1 (en) | Heat exchanger | |
DE102005048407A1 (en) | A tube made from a profiled rolled metal product and method of making the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20110917 |