PL193959B1 - Wymiennik ciepła i sposób wytwarzania wymiennika ciepła - Google Patents

Abstract

1. Wymiennik ciepla, zwlaszcza chlodnica samo- chodowa, z wytlaczanymi odcinkami rur profilowych, korzystnie wykonanych z aluminium, lub stopu alu- minium, które usytuowane sa równolegle wzgledem siebie a przy kazdym z obydwu ich zakonczen za- mocowana jest rura zbiorcza, przy czym miedzy sasiadujacymi powierzchniami dwóch rur profilowych zamocowany jest za pomoca lutowania twardego uklad zeber lamelowych, znamienny tym, ze na zewnetrznej powierzchni rury profilowanej (11), mie- dzy rura zbiorcza (10) i ukladem zeber lamelowych (12), znajduje sie co najmniej jedna blokada (13) wyplywu spoiwa lutowniczego, usytuowana po- przecznie w stosunku do rury, przy czym rowki prze- biegajace wzdluz rury profilowanej, powstajace pod- czas procesu wytlaczania rury profilowanej, i ulozone w kierunku wytlaczania, maja w miejscu blokady (13) mniejsza glebokosc, i/lub sa przerwane a blokada (13) uksztaltowana jest w postaci wygladzonej strefy, przy czym wygladzona strefa posiada okreslona glebokosc. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy wymiennika ciepła i sposobu wytwarzania wymiennika ciepła, zwłaszcza wymiennika przeznaczonego do stosowania w konstrukcjach samochodów, który po procesie lutowania w atmosferze gazów obojętnych lutowany jest z wykorzystaniem topnika nie powodującego korozji.

Wielokomorowe rury profilowane mogą być pokryte warstwą cynku, spoiwa lutowniczego lutu twardego i/lub topnika, co służy do zwiększenia odporności na korozję i poprawy możliwości lutowania (porównaj DE 195 15 909 A1).

Znane są konstrukcje wymienników ciepła, stosowane głównie w pojazdach, wyposażone w odcinki rur profilowych wykonywanych poprzez wytłaczanie. Rury te wykonane są przeważnie z aluminium, lub stopu aluminium. Wymiennik taki obejmuje szereg rur usytuowanych równolegle względem siebie, przy czym przy każdym z obydwu ich zakończeń zamocowana jest rura zbiorcza, a między sąsiadującymi powierzchniami dwóch rur profilowych przylutowany jest układ żeber lamelowych.

Okazało się jednak, że ze względu na występujące na powierzchni nierówności i jej chropowatość, a szczególnie wzdłużne rowki przebiegające w kierunku wytłaczania wytłoczek, spoiwo lutownicze nie pozostaje w miejscach dla niego przeznaczonych, lecz przykładowo pod działaniem efektu kapilarnego, lub poprzez rowki, odpływa z właściwego miejsca lutowania, co w procesie lutowania powoduje powstawanie zniszczeń, lub uszkodzeń spowodowanych pojawieniem się erozji lutowniczej. Erozja lutownicza może spowodować wystąpienie niekorzystnych zmian właściwości wymiennika ciepła, wymaganych w określonym zakresie jego stosowania, takich jak szczelność, wytrzymałość na ciśnienie rozrywające, czy odporność na zmiany ciśnienia. Przy wykorzystywaniu stosowanych sposobów zabezpieczeń procesowych nie można ani zmniejszyć ani wykryć erozji lutowniczej.

Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepła, zwłaszcza chłodnica samochodowa, z wytłaczanymi odcinkami rur profilowych, korzystnie wykonanych z aluminium, lub stopu aluminium, które usytuowane są równolegle względem siebie. Przy każdym z obydwu ich zakończeń zamocowana jest rura zbiorcza, przy czym między sąsiadującymi powierzchniami dwóch rur profilowych zamocowany jest za pomocą lutowania twardego układ żeber lamelowych.

Istota wynalazku polega na tym, że na zewnętrznej powierzchni rury profilowanej, między rurą zbiorczą i układem żeber lamelowych, znajduje się co najmniej jedna blokada wypływu spoiwa lutowniczego, usytuowana poprzecznie w stosunku do rury. Rowki przebiegające wzdłuż rury profilowanej, powstające podczas procesu wytłaczania rury profilowanej, i ułożone w kierunku wytłaczania, mają w miejscu blokady mniejszą głębokość, i/lub są przerwane a blokada ukształtowana jest w postaci wygładzonej strefy, przy czym wygładzona strefa posiada określoną głębokość.

W korzystnym rozwiązaniu, blokada ma głębokość wynoszącą 5 -100 m m i korzystnie nie przekracza 15% wymiaru grubości rury profilowanej.

Blokada według wynalazku wykonana jest w postaci wytłoczenia, a przy jego brzegach występuje małe łukowate zagięcie płaskiej rury profilowanej.

Korzystnie, blokadę stanowi dodatkowo nałożona warstwa.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania wymiennika ciepła, w którym wytłaczane odcinki rur profilowanych usytuowane są równolegle względem siebie a każda znich przy obydwu zakończeniach zamocowana jest w rurze zbiorczej, przy czym między powierzchniami dwóch sąsiednich rur profilowanych, za pomocą twardego lutowania przymocowany jest do nich układ żeber lamelowych.

Istota tego wynalazku polega na tym, że na zewnętrznej powierzchni rury profilowanej, między rurą zbiorczą i układem żeber lamelowych, umieszcza się co najmniej jedną blokadę wypływu spoiwa lutowniczego, usytuowaną poprzecznie w stosunku do rury, przy czym rowki przebiegające wzdłuż rury profilowanej, powstające podczas procesu wytłaczania rury profilowanej, i ułożone w kierunku wytłaczania, mają w miejscu blokady mniejszą głębokość, i/lub są przerwane a blokadę kształtuje się w postaci wygładzonej strefy, przy czym wygładzona strefa posiada określoną głębokość.

Korzystnie, blokadę według wynalazku wykonuje się na odcinku rury przed odcięciem odcinka od wytłoczki rurowej poprzez wytłoczenie zmniejszające chropowatość wytłoczki rurowej.

Według wynalazku, przy obydwu brzegach z małym, łukowatym zagięciem płaskiej rury profilowanej, ustawia się narzędzia wytłaczające, które jednocześnie wykonuje wytłoczenie na rurze profilowanej, przy czym wytłoczenia wykonuje się przed obustronnym odcięciem wzdłuż linii cięcia, a szerokość i głębokość wytłoczenia dobiera się na wytłoczonej rurze profilowanej, odpowiednio do jej wymiarów.

PL 193 959B1

Wytłoczenia te tworzy się bez ubytku materiału, poprzez uzyskanie warstwowania funkcjonalnego.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku powstaje bezpieczne połączenie lutowane, bez pojawienia się niebezpieczeństwa, że część spoiwa lutowniczego będzie mogła przepłynąć od rury zbiorczej do układu żeber lamelowych, względnie, że powstanie uszkodzenie lub zniszczenie rury profilowanej. Ponadto wymiennik ciepła jest produkowany w prosty sposób i przy niedużych kosztach.

Dzięki blokadzie, wypływ spoiwa lutowniczego, przykładowo spoiwa AlSi lub AlZn, z właściwego miejsca lutowania jest znacznie ograniczony. W ten sposób powstaje połączenie między rurą zbiorczą, rurą profilowaną i układem żeber lamelowych. Zastosowana blokada pozwala w prosty sposób i bez dużego wysiłku na stworzenie niezawodnego środka ograniczającego występowanie zjawiska erozji lutowniczej. Wygładzona strefa zapobiega wypływowi spoiwa lutowniczego z rury zbiorczej do żeber lamelowych, powstającemu w związku z efektem kapilarnym.

Dzięki zastosowaniu tego prostego wytłoczenia, pewien odcinek usytuowany poprzecznie do rury profilowanej jest wolny od rowków. Korzystnie, wytłoczenie przewidziane jest na obydwu płaskich powierzchniach rury profilowanej, które posiadają małe zagięcie. Tak więc ochronę uzyskuje się z obydwu stron.

Sposób według wynalazku pozwala na to, że praktycznie w jednym, pojedynczym etapie postępowania uzyskuje się blokadę usytuowaną wokół rury profilowanej, a równocześnie dzięki zastosowaniu wytłoczenia po obydwu stronach, w rurze powstaje mniejsze ciśnienie, tak że nie występuje żadne, albo tylko niewielkie wygięcie lub zdeformowanie rury. Poprzez wykonanie wytłoczenia z obu stron linii cięcia osiąga się to, że zakończenie odcinka rur profilowanych zaopatrzone jest w blokadę, podczas gdy następny odcinek rury profilowanej posiada wytłoczenie w części przedniej, dzięki czemu zaproponowany sposób jest łatwy do przeprowadzenia i stosunkowo tani.

Aby uzyskać wystarczającą blokadę dla spoiwa lutowniczego, w zależności od grubości ścianki rury, dobiera się odpowiednio szerokość i głębokość wytłoczenia, tak że zawsze zapewnione jest to, że powstaje określone wygładzenie powierzchni wytłaczanej rury.

Poprzez wprowadzenie narzędzi wytłaczających i realizację procesu wytłaczania, jest zapewnione to, że nie występują żadne niekorzystne skutki dla właściwości wymiennika ciepła, istotnych w procesie jego działania, (szczelność, wytrzymałość na ciśnienie rozrywające, odporność na zmiany ciśnienia i odporność na korozję).

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wycinek widoku z przodu wymiennika ciepła, fig. 2 - wycinek widoku z przodu w powiększeniu, fig. 3 - przekrój odcinka rury profilowanej wzdłuż linii III - III, fig. 4 - widok z góry na odcinek rury profilowanej według wynalazku, fig. 5 - schematycznie układ wytłoczeń według wynalazku wykonanych w rurze profilowanej, fig. 6 - górną aluminiową powierzchnię wymiennika według wynalazku w postaci siatki, fig. 7 - górną aluminiową powierzchnię wymiennika według wynalazku w postaci siatki, według fig. 6 - obróconą o kąt 90°.

Na wstępie należy zauważyć, że w przypadku rur wyposażonych w żebra lamelowe, stosowane są wytłaczane odcinki profilowane, wielokomorowe rury profilowane i profile wytłaczane.

Wymiennik ciepła przedstawiony wycinkowo na fig. 1 posiada zasadniczo dwie rury zbiorcze 10, między którymi znajduje się pewna liczba odcinków rur profilowanych 11, przy czym przez rury profilowane 11 przepływa medium, szczególnie ciecz chłodząca, płynąca z jednej rury zbiorczej. Między dwiema sąsiednimi odcinkami rur profilowanych rozmieszczony jest układ żeber lamelowych, wykonanych z pojedynczych lamel, przy czym każda z nich przylutowana jest do odcinków rur profilowanych, aby uzyskać możliwie dobre przenoszenie ciepła. Żebra lamelowe 12 znajdują się w kanale przepływu powietrza, aby uzyskać takie przenoszenie ciepła, poprzez żebra lamelowe i odcinki rur profilowanych, żeby nastąpiło ochłodzenie lub ogrzanie medium znajdującego się w rurze zbiorczej.

Układ żeber lamelowych 12 zamocowany jest na odcinkach rur profilowanych a zakończenia odcinków na rurach zbiorczych za pomocą lutowania twardego.

Przy tym powierzchnie blach poszczególnych lamel i rury zbiorcze mogą być platerowane poprzez nalutowywanie. Rury profilowane mogą być wyposażone w antykorozyjną warstwę ochronną, przykładowo warstwę cynku. Należy tu podać dodatkowo, że rury zbiorcze wyposażone są w szczeliny, do których wsunięte są zakończenia odcinków rur profilowanych. Następnie następuje proces twardego lutowania. Przepływ środka chłodniczego poprzez odcinki rur profilowanych nie jest ograniczony przy zastosowaniu takiego zamocowania i wytłoczenia.

PL 193 959B1

Między rurą zbiorczą i układem żeber lamelowych na rurze profilowanej 11 usytuowane jest wytłoczenie, tworzące blokadę 13. Wytłoczenie to znajduje się na dolnej i górnej powierzchni odcinka płaskiej rury profilowanej 11.

Wytłoczenie to jednak nie prowadzi do zmniejszenia pola przekroju wewnętrznego profili wytłaczanych, (fig. 2).

Wytłoczenie to sprawia, że powstałe przy wytłaczaniu rowki mają znacznie mniejszą głębokość.

W zależności od warunków wytwarzania, wytłaczane profile posiadają wzdłużne rowki o głębokości do 50 mm. Dla ograniczenia zjawiska erozji lutowniczej, przyczyniającej się do powstawania rowków, bez szczególnego wysiłku głębokość rowków może być zmniejszona do mniejszego wymiaru, przykładowo poniżej 10 mm, przy czym nakłady przy zmniejszającej się głębokości zwiększają się. Dzięki wytłoczeniu zaproponowanemu według wynalazku, można w prosty sposób uzyskać obszar o wymiarze chropowatości powierzchni poniżej 10 mm.

Wytłoczenia te sprawiają, że spoiwo używane do lutowania twardego po roztopieniu nie może przepłynąć przez wytłoczenie, tak że w obszarze rury zbiorczej, jak również w obszarze układu żeber lamelowych uzyskuje się niezawodne połączenie za pomocą lutowania twardego.

W przykładzie wykonania według fig. 3, zastosowano dwa wytłoczenia usytuowane obok siebie, aby uzyskać pewien rodzaj wielokrotnej blokady. Taka sytuacja może być korzystna, gdy ze względu na rozrzut w zakresie wymiarów głębokości wsuwania profilów do rur zbiorczych wymagane jest zgodne z założeniami, niezawodne ustalenie wytłoczenia między rurą zbiorczą i żebrami lamelowymi 12.

Należy tu jeszcze dodać, że wytłoczenie jest wykonane wokół rury profilowanej, a przynajmniej na dwóch płaskich powierzchniach rury owalnej, która ukształtowana jest jako rura wielokomorowa.

Zgodnie z przykładem wykonania wynalazku według fig. 4, przedstawiono tu odcinki wytłaczanej rury. Rura ta odwijana jest ze szpuli i, jak już wyżej wspomniano, może być pokryta warstwą cynku i/lub warstwą spoiwa lutowniczego lub topnika. Narzędzia wytłaczające 14 usytuowane są z obu stron, tak, że przy jednym pojedynczym przejściu, dolna i górna powierzchnia rury, zgodnie z fig. 5, wyposażona jest w wytłoczenia.

Między obydwiema parami narzędzi wytłaczających zaznaczona jest linia cięcia 15.

Zakończenie wytłoczki rury profilowanej wyposażone jest najpierw w dwa wytłoczenia a później między obydwoma wytłoczeniami rura profilowana jest obcinana.

W procesie wytłaczania, na pierwszym odcinku rury profilowanej, przy zakończeniu odcinka, powstaje również wytłoczenie, a jednocześnie przed następnym odcinkiem rury profilowanej, przy początku odcinka powstaje kolejne wytłoczenie.

W dalszym procesie obróbczym rura profilowana porusza się dalej, tak, że ponownie przed drugim odcinkiem wytłaczane jest zakończenie, a przed trzecim odcinkiem jego początek, co schematycznie zostało przedstawione na fig. 5.

W procesie wytłaczania warstwy robocze są zachowane, to znaczy proces obróbczy nie oddziałuje erozyjnie. Figury 6 i 7 przedstawiają, obrobione zgodnie z wynalazkiem, w tym przypadku wytłoczone, górne powierzchnie rury profilowanej, przy czym z dwóch różnych kierunków widzenia ukazany został wytłoczony rowek 16, który w procesie wytłaczania rury profilowanej powstaje w kierunku wytłaczania 17. Prostopadle do tego rowka wytwarzane jest wytłoczenie, które zgodnie z wynalazkiem, tworzy blokadę 13 wypływu spoiwa lutowniczego. Grubość 18 górnej warstwy przedstawionej na fig. 6 i 7 w pokazanym przykładzie wykonania wynosi około 72 m m.

Jak to już wyżej wspomniano, przedstawione przykłady wykonania stanowią przykładowe urzeczywistnienie wynalazku. Nie jest on jednak ograniczony tylko do tych przykładów. Przeciwnie, możliwe są tu jeszcze inne przeróbki. Wygładzona strefa, wytworzona przy wykorzystaniu wytłaczania, mogłaby również powstać w procesie szlifowania, dzięki czemu byłoby jeszcze raz zabezpieczone to, że rowek otaczający rurę w obszarze, w którym zachodzi obróbka, ma mniejszą głębokość, niż w pozostałej części rury profilowanej. Poza tym byłoby możliwe wykonanie powłoki malarskiej zamiast wytłoczenia, która jednak musi mieć odpowiednią jakość górnej powierzchni, konkurencyjną w porównaniu do rowka wytłoczenia wykonanego wokół rury. Ponadto w przypadku stosowania powłoki malarskiej musiałoby być zapewnione to, że przy procesie twardego lutowania, warstwa farby nie zastanie zniszczona. Walce wytłaczające mogłyby również mieć również inny kształt i mogłyby być inaczej ukształtowane wzdłuż ich szerokości, tak, że wytłoczenie mogłoby być bardziej płaskie i szersze.

Claims (12)

1. Wymiennik ciepła, zwłaszcza chłodnica samochodowa, z wytłaczanymi odcinkami rur profilowych, korzystnie wykonanych z aluminium, lub stopu aluminium, które usytuowane są równolegle względem siebie a przy każdym z obydwu ich zakończeń zamocowana jest rura zbiorcza, przy czym między sąsiadującymi powierzchniami dwóch rur profilowych zamocowany jest za pomocą lutowania twardego układ żeber lamelowych, znamienny tym, że na zewnętrznej powierzchni rury profilowanej (11), między rurą zbiorczą (10) i układem żeber lamelowych (12), znajduje się co najmniej jedna blokada (13) wypływu spoiwa lutowniczego, usytuowana poprzecznie w stosunku do rury, przy czym rowki przebiegające wzdłuż rury profilowanej, powstające podczas procesu wytłaczania rury profilowanej, i ułożone w kierunku wytłaczania, mają w miejscu blokady (13) mniejszą głębokość, i/lub są przerwane a blokada (13) ukształtowana jest w postaci wygładzonej strefy, przy czym wygładzona strefa posiada określoną głębokość.

2. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że blokada (13) ma głębokość wynoszącą 5 -100 mmi korzystnie nie przekracza 15% wymiaru grubości rury profilowanej.

3. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że blokada (13) wykonana jest w postaci wytłoczenia.

4. Wymiennik ciepła według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że przy brzegach wytłoczenia występuje małe łukowate zagięcie płaskiej rury profilowanej.

5. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że blokadę (13) stanowi dodatkowo nałożona warstwa.

6. Sposób wytwarzania wymiennika ciepła, w którym wytłaczane odcinki rur profilowanych usytuowane są równolegle względem siebie a każda z nich przy obydwu zakończeniach zamocowana jest w rurze zbiorczej, przy czym między powierzchniami dwóch sąsiednich rur profilowanych, za pomocą twardego lutowania przymocowany jest do nich układ żeber lamelowych, znamienny tym, że na zewnętrznej powierzchni rury profilowanej (11), między rurą zbiorczą (10) i układem żeber lamelowych (12), umieszcza się co najmniej jedną blokadę wypływu spoiwa lutowniczego, usytuowaną poprzecznie w stosunku do rury, przy czym rowki przebiegające wzdłuż rury profilowanej, powstające podczas procesu wytłaczania rury profilowanej, i ułożone w kierunku wytłaczania, mają w miejscu blokady (13) mniejszą głębokość, i/lub są przerwane a blokadę (13) kształtuje się w postaci wygładzonej strefy, przy czym wygładzona strefa posiada określoną głębokość.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że blokadę (13) wykonuje się na odcinku rury przed odcięciem odcinka od wytłoczki rurowej.

8. Sposób według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że blokadę (13) wykonuje się poprzez wytłoczenie zmniejszające chropowatość wytłoczki rurowej.

9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że przy obydwu brzegach z małym, łukowatym zagięciem płaskiej rury profilowanej ustawia się narzędzia wytłaczające (14), które jednocześnie wykonuje wytłoczenie na rurze profilowanej (11).

10. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że wytłoczenia wykonuje się przed obustronnym odcięciem wzdłuż linii cięcia (15).

11. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że szerokość i głębokość wytłoczenia dobiera się na wytłoczonej rurze profilowanej, odpowiednio do jej wymiarów.

12. Sposób według zastrz. 8 albo 11, znamienny tym, że wytłoczenia na rurze profilowanej tworzy się bez ubytku materiału, poprzez uzyskanie warstwowania funkcjonalnego.