ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2016 года по МПК F28F9/02 

Изобретение относится к теплообменнику в соответствии с ограничительной частью пункта 1, а также способу изготовления теплообменника, в частности коллекторной пластины для теплообменника, в соответствии с ограничительной частью пунктов 6 и 7.

Теплообменник предназначен для осуществления теплообмена между двумя средами. Подлежащая нагреву или охлаждению среда может находиться в жидком или газообразном агрегатном состоянии или претерпевать изменения агрегатного состояния в процессе протекания через теплообменник. Теплообменник чаще всего состоит из трубчато-пластинчатой матрицы, а также сборных резервуаров с коллекторными пластинами для размещения труб. Для трубчато-пластинчатой матрицы может использоваться полученная методом экструзии или сваренная или фальцованная круглая или плоская труба. Сборные резервуары часто составляются из двух отдельных частей (полукруглой формы или в форме короба) и оснащены патрубками для приема соединительных труб. Нижняя часть полукруглой формы оснащена проходами для размещения в них труб, через которые проходит поток.

Соответствующий родовому понятию теплообменник раскрыт, например, в документе WO 2009149838 А1. Этот теплообменник, в частности теплообменник для транспортного средства, содержит множество труб, по меньшей мере, один коллектор со стенкой и отверстиями в стенке и на отверстиях. В стенке выполнены проходы, отстоящие в осевом направлении отверстий. Трубы расположены в зоне одного конца трубы частично на проходах, так что создается герметичное соединение между проходами и трубами.

Соответствующий родовому понятию коллектор для теплообменника раскрывается также в заявке DE 102004040988 А1. Коллектор содержит, наряду с прочим, плоскую основную часть и одну пару ступенчатых частей, которые согнуты с прямым или загнутым контуром к плоскости основной части. На протяжении своей длины коллектор оснащен множеством параллельных шлицев, расположенных на расстоянии друг от друга. Каждый шлиц оснащен продольной секцией, простирающейся по ширине основной части, и концевыми секциями, которые выступают от продольной секции в ступенчатые части коллектора.

Проход в основании или отверстие под трубу, в которые вставляют концы труб, в соответствии с известными из уровня техники решениями выполняют путем прорезания или перфорирования. Сам проход обеспечивает относительно малую поверхность прилегания и опирания, в частности, на узких сторонах труб. Вследствие метода изготовления или формы исполнения при пайке или сварке прохода с концами труб узкая сторона труб является местом, подвергающимся наибольшей термической нагрузке. Тем самым, при возрастающей термической нагрузке происходит существенное увеличение напряжения в области места соединения трубной решетки и, прежде всего, в области узкой стороны труб. Это часто ведет к преждевременному излому или образованию трещин в соответствующем месте соединения.

Задачей изобретения является создание теплообменника, улучшенного, в частности, в отношении термической нагрузки.

Эта задача решается с помощью теплообменника с признаками пункта 1. Предпочтительные исполнения являются предметом дополнительных пунктов формулы изобретения.

В соответствии с изобретением эта задача решается за счет того, что каждый краевой выступ, исходящий от прямолинейной основной плоскости на задней стороне стенки, простирается в направлении сборного резервуара. Тем самым, в отличие от известных из уровня техники решений краевые выступы простираются не от передней стороны в направлении пучка труб, а, напротив, расположены на задней стороне коллектора и простираются, таким образом, от стенки в направлении сборного резервуара. С помощью соответствующего изобретению исполнения и расположения краевых выступов могут, в частности, разгружаться узкие стороны труб, поскольку пики напряжения и силы растяжения, которые возникают в результате нагрева труб, направляются в обход.

Соответствующее изобретению решение может использоваться для всех типов теплообменников, в частности, в автомобилестроении. В частности, для теплообменников с паяными и/или сваренными сборными резервуарами, а также для теплообменников с одним выполненным из пластмассы сборным резервуаром.

Одна форма исполнения предусматривает, что каждый краевой выступ в области прилегания узкой стороны труб определяет на задней стороне стенки концевую область, проходящую или выступающую от основной плоскости наклонно вверх и снаружи.

С помощью проходящей или выступающей наклонно вверх и снаружи концевой области на задней стороне стенки обеспечивается одновременное углубление концевой области относительно в основном прямой передней стороны. Это углубление может использоваться в процессе пайки или сварки в качестве дополнительной заполняемой поверхности и особо предпочтительно располагаться вокруг узкой стороны трубы.

Следующая форма исполнения предусматривает, что за счет выполнения проходов в области прилегания к трубам образуется проходная контактная поверхность, причем проходная контактная поверхность может быть выполнена, по меньшей мере, незначительно изогнутой.

Следующая предпочтительная форма исполнения предусматривает, что за счет выполнения проходов в области прилегания к трубам образуется проходная контактная поверхность, причем проходная контактная поверхность может быть выполнена трапециевидной.

Далее, изобретение относится к способу изготовления теплообменников, в частности коллекторной пластины, с этапами формования или выполнения имеющего форму ванны углубления в коллекторной пластине в направлении пучка труб, последующего обратного формования, по меньшей мере, одной частичной области углубления в направлении сборного резервуара, а также конечного формования или выполнения проходов в направлении сборного резервуара. Далее, можно поменять местами второй и третий технологические этапы, в результате чего уже на втором технологическом этапе может осуществляться формование или выполнение проходов в направлении сборного резервуара и только на третьем технологическом этапе может осуществляться обратное формование, по меньшей мере, одной частичной области углубления в направлении сборного резервуара.

Существенным для изобретения является то, что краевой выступ всегда простирается на задней стороне коллекторной пластины или стенки или всегда простирается от прямолинейной основной плоскости на задней стороне в направлении сборного резервуара.

В дополненном варианте предусмотрено, что на втором технологическом этапе (п.6) или на третьем технологическом этапе (п.7) производится исключительно обратное формирование плоскости между проходами в направлении сборного резервуара.

В дополненном варианте посредством обратного формования, по меньшей мере, одной частичной области имеющего форму ванны углубления может формироваться прямолинейно проходящая основная плоскость. В частности, эта частичная область представляет собой участок материала, проходящий между двумя соседними проходами.

Дальнейшие преимущества, признаки и подробности изобретения вытекают из последующего описания, в котором со ссылкой на чертежи описан один пример осуществления изобретения. При этом упомянутые в пунктах формулы изобретения и в описании признаки могут быть, соответственно, существенными для изобретения по отдельности или в любой комбинации.

Фигуры показывают:

фиг.1 - схематически изображенную частичную область коллекторной пластины со встроенными концами труб;

фиг 2 - коллекторную пластину в соответствии с фиг.1 на виде сзади;

фиг.3 - схематически изображенные технологические этапы с А по С для изготовления коллекторной пластины в соответствии с фиг.1.

Фиг.1 показывает в схематическом представлении частичную область изображенной укороченной коллекторной пластины 1. Коллекторная пластина 1 имеет стенку 2, в которой выполнены проходы 3 (одинаковые конструктивные элементы имеют одинаковые ссылочные обозначения), которые принимают концы труб 4 одного пучка. Стенка 2 коллекторной пластины 1 выполнена таким образом, что она с целью паяного или сварного соединения с трубами 4 образует вокруг проходов 3 краевые выступы 5, причем стенка 2 содержит одну обращенную к пучку труб переднюю сторону 6 и одну обращенную к не изображенному более подробно сборному резервуару заднюю стенку 7.

При этом каждый краевой выступ 5 простирается, выходя от прямолинейной основной плоскости 8 на обратной стороне 7 стенки 2, в направлении сборного резервуара. Каждый краевой выступ 5 определяет в области 9 прилегания узкой стороны 10 трубы проходящую или выступающую от основной плоскости 8 наклонно вверх и снаружи концевую область 11 на задней стороне 7 стенки 2. Выступающая концевая область 11 возникает за счет того, что производится обратное формование только промежуточных областей 13 соседних проходов 3.

Фиг.2 показывает коллекторную пластину 1 на виде сзади. Хорошо видно, что с помощью проходящей или выступающей наклонно вверх и снаружи концевой области 11 на задней стороне 7 стенки 2 одновременно образуется углубление 12 концевой области 11 относительно в основном прямой передней стороны 6.

Углубление 12 возникает за счет того, что производится обратное формование только промежуточных областей 13 соседних проходов 3.

Фиг.3 показывает схематически изображенные технологические этапы с А по С для изготовления коллекторной пластины 1 с проходами 3.

При этом технологический этап А охватывает, по меньше мере, формование или формирование имеющего форму ванны углубления 14 в коллекторной пластине 1 в направлении пучка труб при одновременном выполнении выступающей концевой области 11. Углубление 14 расположено на передней стороне 6 стенки 2. При этом, например, размер D может составлять 5 мм, а размер d может составлять 8 мм.

На втором технологическом этапе В проходящая между двумя проходами 3 прямолинейная основная плоскость 8 формуется посредством производимого на отдельных участках обратного формования углубления 14. В области оставшихся возвышенными концевых участков 11 в завершение на технологическом этапе С формуют проходы 3, в результате чего на задней стороне 7 стенки 2 формируются краевые выступы 5, простирающиеся от базовой плоскости 8.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при изготовлении теплообменных аппаратов. Теплообменник с коллекторной пластиной (1), которая содержит стенку (2), в которой выполнены проходы (3), которые могут принимать концы труб (4) одного пучка, причем стенка (2) коллекторной пластины (1) выполнена таким образом, что она с целью паяного или сварного соединения с трубами (4) образует расположенные вокруг проходов (3) краевые выступы (5), и причем стенка (2) содержит одну обращенную к пучку труб переднюю стенку (6) и одну обращенную к сборному резервуару заднюю стенку (7). Каждый краевой выступ (5) простирается, исходя от прямолинейной базовой плоскости (8) на задней стороне (7) стенки (2), в направлении сборного резервуара. Технический результат - улучшение характеристик теплообменника в отношении термической нагрузки. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Теплообменник с коллекторной пластиной (1), имеющей стенку (2), в которой выполнены проходы (3) с возможностью приема концов труб (4) пучка, причем стенка (2) коллекторной пластины (1) выполнена таким образом, что она для выполнения паяного или сварного соединения с трубами (4) образует проходящие вокруг проходов (3) краевые выступы (5), при этом стенка (2) имеет одну обращенную к пучку труб переднюю сторону (6) и одну обращенную к сборному резервуару заднюю сторону (7), причем каждый краевой выступ (5), выходя от прямолинейной плоскости (8) на задней стороне (7) стенки (2), простирается в направлении сборного резервуара и в области (9) прилегания узкой стороны (10) трубы определяет на задней стороне (7) стенки проходящий или выступающий от базовой плоскости (8) наклонно вверх и снаружи концевой участок (11), причем посредством проходящего или выступающего наклонно вверх и снаружи концевого участка (11) на задней стороне (7) стенки (2) одновременно формируется углубление (12) концевого участка (11) относительно в основном прямой передней стороны (6).

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что за счет выполнения проходов (3) в области прилегания к трубам (4) образуется контактная поверхность проходов, выполненная, по меньшей мере, незначительно изогнутой.

3. Теплообменник по п. 1 или 2, отличающийся тем, что за счет выполнения проходов (3) в области прилегания к трубам (4) образуется контактная поверхность проходов, выполненная трапециевидной.

4. Способ изготовления теплообменника, в частности коллекторной пластины (1), согласно любому из пп. 1-3, включающий этапы:
- формование или выполнение имеющего форму ванны углубления (14) в коллекторной пластине (1) в направлении пучка труб;
- последующее обратное формование, по меньшей мере, одной частичной области, промежуточной области (13), углубления (14) в направлении сборного резервуара;
- формование или выполнение проходов (3) в направлении сборного резервуара.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что на втором технологическом этапе производят обратное формование только плоскости, промежуточной области (13), лежащей между проходами (3), в направлении сборного резервуара.

6. Способ по п. 4 или 5, отличающийся тем, что за счет обратного формования, по меньшей мере, одной промежуточной области (13) имеющего форму ванны углубления (14) образуется прямолинейно проходящая основная плоскость (8).

7. Способ изготовления теплообменника, в частности коллекторной пластины (1), согласно любому из пп. 1-3, включающий этапы:
- формование или выполнение имеющего форму ванны углубления (14) в коллекторной пластине (1) в направлении пучка труб;
- формование или выполнение проходов (3) в направлении сборного резервуара;
- последующее обратное формование, по меньшей мере, одной частичной области, промежуточной области (13), углубления (14) в направлении сборного резервуара.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что на третьем технологическом этапе производят обратное формование только плоскости, промежуточной области (13), лежащей между проходами, в направлении сборного резервуара.

9. Способ по п. 7 или 8, отличающийся тем, что за счет обратного формования, по меньшей мере, одной промежуточной области (13) имеющего форму ванны углубления (14) образуется прямолинейно проходящая основная плоскость (8).