SE532587C2 - Hårdlödd värmeväxlare och metod att tillverka hårdlödd värmeväxlare - Google Patents

Description

25 30 EEE 537 För att tillverka värmeväxlarna på ett kostnadseffektivt sätt så packas så många värmeväxlare som möjligt i ugnen. Eftersom anslutningarna sträcker sig utåt från täckplåtama så reducerar anslutningarna ugnens användbara volym. l vissa fall så är anslutningarnas höjd i samma storleksordning som värmeväxlarkroppens höjd, vilket innebär att antalet värrneväxlare som kan hårdlödas vid samma tillfälle reduceras till hälften.

Det finns därmed plats för en förbättrad lödd värmeväxlare.

BESKR|VNlNG AV UPPFINNINGEN Ett syfte med uppfinningen är således att tillhandahålla en förbättrad lödd värmeväxlare som tillåter en mer flexibel och kostnadseffektiv tillverkning. Ett annat syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en förbättrad lödd värme- växlare som minskar antalet varianter av värmeväxlaren. Ett annat syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en vänneväxlare som är enklare och billiga- re att ansluta för kunden. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att tillhan- dahålla en metod för att tillverka lödda värmeväxlare som är mer flexibel och kostnadseffektiv.

Lösningen på problemet enligt uppfinningen finns angiven i den känneteck- nande delen av kravet 1. Kraven 2 - 5 innehåller föredragna utföringsformer av värmevâxlaren. Krav 6 - 8 innehåller en föredragen metod för att produce- ra lödda värmeväxlare.

Med en värmeväxlare, innefattandes ett flertal värrnevâxlarplattor med ett korrugerat mönster, en främre täckplåt och en bakre täckplåt, där värmeväx- larplattorna är fast sammanfogade med varandra och med den främre täck- plåten och den bakre täckplåten, och där den främre och/eller bakre täckplå- ten innefattar ett flertal anslutningsöppningar, uppnås syftet med uppfinning- en genom att anslutningsöppningama i en täckplåt innefattar en sig utåt sträckande fläns formad av samma material som täckplåten. 10 15 20 25 30 532 58? Med denna första utföringsform av värmeväxlaren så erhålles en värmeväx- lare som möjliggör en ökad tillverkningskapacitet i en befintlig produktionsli- na. Tillverkningen av olika varianter av värmeväxlare förbättras också genom att endast en värmeväxlartyp behöver tillverkas och lagerhàllas. Eftersom anslutningarna monteras efter tillverkningen av värrneväxlaren så erhålles en flexibel och kostnadseffektiv tillverkningslösning.

I en fördelaktig vidareutveckling av uppfinningen så innefattar värmeväxlaren även ett anslutningsrör fast monterat på flänsen. Fördelen med att ha en fläns till vilken anslutningen kan monteras är att anslutningen kan monteras på ett sådant sätt så att värmeväxlarplattornas kontaktpunkter inte påverkas.

På detta sätt är det möjligt att montera anslutningen efter det att värmeväxla- ren har tillverkats. Detta gör det möjligt för en tillverkare att erbjuda många anslutningsvarianter med endast en tillverkad värmeväxlartyp. Anslutningen monteras fördelaktigt med induktionshårdlödning.

I en fördelaktig vidareutveckling av uppfinningen är anslutningsröret hårdlött mot flänsen med ett lödmaterial som har en smältpunkt vilken är lägre än smältpunkten för det lödmaterial som används till värmeväxlarplattorna. Detta är fördelaktigt när värmeväxlarplattorna och täckplåtarna hårdlöds i ett ar- betssteg och där anslutningsröret hårdlöds i ett annat arbetssteg. Användan- det av en lägre smältpunkt vid lödningen av anslutningarna kommer att mins- ka risken för att kontaktpunkter på värmeväxlarplattoma löds isär. Ännu en fördel är att anslutningar gjorda av koppar kan användas istället för att an- vända anslutningar gjorda av rostfritt stål.

I en uppfinningsenlig metod för montering av en hårdlödd värmeväxlare så innefattas stegen att värma värmeväxlaren i en ugn så att lödmaterialet an- bringat på värmeväxlarplattorna och täckplâtarna löder samman värmeväxla- ren, att kyla ned värmeväxlaren och att hårdlöda en rörformad anslutning till en sig utåt sträckande fläns på täckplåten med en induktiv hårdlödningsme- 10 15 20 25 30 ESÉ 53-? tod. Fördelen med den uppfinningsenliga metoden är att ett flexibelt och kost- nadseffektivt sätt att tillverka ett antal olika varianter av värmeväxlaren till- handahållas. Den uppfinningsenliga metoden möjliggör att endast en värme- växlaretyp behöver tillverkas, och därmed behöver lagerhållas. De olika an- slutningama monteras vid leverans. l en fördelaktig vidareutveckling av den uppfinningsenliga metoden så hård- löds den rörforrnade anslutningen mot flänsen med ett lödmaterial som har en smältpunkt vilken är lägre än smältpunkten för det lödmaterial som an- vänds till värmeväxlarplattorna. Detta är särskilt fördelaktigt när värrneväxla- ren och täckplåtarna hårdlöds i ett arbetssteg, och när anslutningarna hård- löds i ett annat arbetssteg. Användandet av en lägre smältpunkt vid lödning- en av anslutningama kommer att minska risken för att kontaktpunkter på värmeväxlarplattorna löds isär. Genom användandet av materialet med lägre smältpunkt och en induktiv lödningsmetod så erhålles tillförlitliga fogar. Ännu en fördel med detta är att anslutningar gjorda av koppar kan användas istället för att använda anslutningar gjorda av rostfritt stål. Användandet av koppar- anslutningar är ytterligare fördelaktigt eftersom det tillåter kundema att löda anslutningen till ett kopparrör som ingår i värmeväxlarsystemet på ett enkelt sätt.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGAR Uppfinningen kommer att beskrivas mera i detalj i det följande, med hänvis- ning till de utföringsformer som visas på de bifogade ritningama, där: Fig. 1 visar en känd värmeväxlare, Fig. 2 visar en värmeväxlare enligt uppfinningen utan anslutningar, Fig. 3 visar ett tvärsnitt av ett första öppningshål enligt uppfinningen, 10 15 20 25 30 533 53? Fig. 4 visar ett tvärsnitt av ett andra öppningshål enligt uppfinningen, och Fig. 5a-c visar olika exempel på anslutningar för värrneväxlaren enligt uppfinningen.

SÄTT FÖR UTÖVANDE AV UPPFINNINGEN De utföringsformer av uppfinningen med ytterligare vidareutvecklingar som beskrivs i det följande skall enbart betraktas som exempel och utgör på inget sätt begränsning av det skyddsomfång som ges av patentkraven.

Fig. 1 visar en värmeväxlare som representerar teknikens ståndpunkt. Vär- meväxlaren 1 innefattar ett flertal värmeväxlarplattor 2 som är permanent sammanfogade. Värmeväxlaren innefattar även en främre täckplåt 3 och en bakre täckplåt 4 som också är permanent sammanfogade med värmeväxlar- plattorna. Vänneväxlaren 1 tillverkas genom att hàrdlöda ihop plattorna i en värmeugn. Innan plattorna sammanfogas så beläggs varje plattas periferi samt plattomas kontaktpunkter med ett lödmaterial, vilket medför att plattorna Iöds samman när ugnen värms till en temperatur över smältpunkten för löd~ materialet.

Den visade lödda värmeväxlaren är huvudsakligen avsedd för att användas för klimattillämpningar. Värmeväxlaren kommer att beskrivas när den an- vänds som en förångare, genom vilken ett kylmedel som skall vännas och där vatten eller en köldbärare som skall kylas cirkulerar. I den visade värme- växlaren så är alla anslutningar anordnade på den främre täckplåten. Det är även möjligt att placera en eller flera av anslutningama på den bakre täckplå- ten. Den främre täckplåten innefattar därmed ett kylmedelsinlopp 5, ett kyl- medelsutlopp 6, ett vatteninlopp 7 och ett vattenutlopp 8.

Vid alla öppningshålen är en anslutning fast monterad till den främre täckplå- ten. En anslutning ansluter en av värmevåxlarens öppningar med systemet i 10 15 20 25 30 532 58? vilket vårmeväxlaren skall användas. Anslutningen vid varje öppning är därför försedd med någon form av anslutningsmedel, såsom en gänga eller en klämsektion som är anpassade för att ansluta öppningen till ett yttre rör. Ef- tersom olika användare har olika krav så kan en värmeväxlare vara försedd med olika anslutningar, vilket innebär att ett flertal standardiserade vänne- växlartyper måste tillverkas och lagerhållas.

Varje öppningshål i den främre täckplåten består av ett utstansat hål. l hålet så anbringas, tillsammans med lödmaterial, en anslutning med en speciell fläns som är anpassad till att anligga mot den främre täckplåtens yta för att därefter hårdlödas mot den främre täckplåten. När värmeväxlarplattoma hårdlödas samman så kommer också anslutningen att hårdlödas till den främre täckplåten. Detta görs i samma förlopp i värrneugnen. En sådan vär- meväxlare är välkänd och kommer inte att beskrivas närmare.

Fig. 2 visar en värmeväxlare enligt uppfinningen. I värmeväxlaren så an- vänds en ny anslutningsanordning. Anslutningen innefattar en sig utåt sträckande fläns formad från samma material som täckplåten. Flånsen till- verkas i en kallformningsprocess genom att pressa områdena runt täckplå- tens öppingshål med ett lämpligt verktyg. På detta sätt är det möjligt att erhål- la en sig utåt sträckande fläns med en höjd mellan 5 och 10 mm när täckplå- ten är 2 mm tjock. Flänsens inre yta är fördelaktigt vinkelrät mot täckplåten.

Beroende på att flänsen pressas så kommer flänsens yttre yta att vara något konisk. Genom att begränsa flänsens höjd så kan de mekaniska egenska- pema för täckplåtens öppningsområden bevaras. l fig. 2 så visas kylme- delsinloppet 5 och kylmedelsutloppet 6 med en första flänstyp 9 och vattenut- loppet 7 och vatteninloppet 8 visas med en andra flänstyp 10.

Den främre och/eller den bakre täckplåten som har öppningsflänsar för öpp- ningarna hårdlödes mot värmeväxlarplattorna i en ugn. Under tillverkningen av värmeväxlama så placeras så många värmeväxlare som möjligt i ugnen.

Under ett normalt produktionsflöde med kända värmeväxlare så upptar an- 10 15 20 25 30 533 58? slutningama för utloppsöppningar och inloppsöppningar en stor volym i ug- nen. l ett exempel sä är anslutningarnas höjd i samma storleksordning som värmeväxlarens kropp, när anslutningarna är på endast en sida. Detta kan gälla t.ex. för en 12-plattors värmeväxlare, där en typisk anslutning kan vara 24 mm hög och där värmeväxlarkroppen är 27 mm hög. För en vämieväxlare med anslutningar på båda sldoma blir förhållandet mellan anslutningarnas höjd och värmeväxlarkroppens höjd ännu större.

En fördel med att ersätta de kända anslutningarna med flänsar för öppning- arnas anslutning är att fler värmeväxlare kan tillverkas på samma gång, d.v.s. fler värmeväxlare får plats i ugnen på samma gång. För den ovan nämnda 12-platters värmeväxlaren med enkelsidig anslutning så kommer en 7 mm fläns att minska den totala höjden för den kompletta värmeväxlaren från 51 mm till 31mm. Därmed kan fler värmeväxlare tillverkas vid samma tillfälle.

Efter det att värmeväxlaren är hårdlödd så monteras en rörformig anslutning fast mot flänsen. Även detta görs fördelaktigt med hårdlödning. För att för- hindra att några av värmeväxlarplattornas kontaktpunkter löds isär är det vik- tigt att hårdlödningen görs utan för mycket värme, vilket kan värma upp om- rådet runt öppningen. Genom att använda induktionslödning så kan den rör- forrniga anslutningen hårdlödas mot flänsen med värme anbringad endast till det område som skall hårdlödas. Dessutom är uppvärmningen automatiskt kontrollerad och den terrniska cykeln kan reproduceras.

Anslutningama kan hårdlödas mot flänsarna genom att använda ett lödmate- rial som har en smältpunkt vilken är lägre än smältpunkten för det lödmaterial som används till värmeväxlarplattoma. Fördelen med att använda en lägre smältpunkt för anslutningslödningen är att det minskar risken för att löda isär värmeväxlarplattomas kontaktpunkter. På samma gång kan anslutningamas hårdlödning göras snabbare, vilket minskar risken för isärlödning ytterligare. Ännu en fördel är att anslutningar gjorda av koppar kan användas istället för 10 15 20 25 30 5532 58? att använda anslutningar gjorda av rostfritt stål. Användandet av kopparan- slutningar är särskilt fördelaktigt för användaren av värmeväxlaren, eftersom detta möjliggör för användaren att ansluta vänneväxlaren till värmeväxlarsy- stemet på ett mindre dyrt och mer tillförlitligt sätt.

Fig. 3 visar ett tvärsnitt av den första flänsen 9 med ett monterat anslutnings- rör 11. Såsom kan ses i figuren är flänsens inre yta vinkelrät mot täckplåten.

Flänsens yttre yta är något konsik beroende på pressningen av flänsen. Runt flänsen är ett präglat cirkelformigt område anordnat. Detta förbättrar stabilite- ten för öppningen och även förmågan att tåla tryckförändringar. Ett anslut- ningsrör förs in i flänsen och lödmaterial anbringas i spalten 12 mellan flän- sens insida och anslutningens yttre yta. Lödmaterialet kan anbringas före eller efter det att anslutningen införts.

Fig. 4 visar ett tvärsnitt av den andra flänsen 10 med ett monterat anslut- ningsrör 11. Såsom kan ses i figuren är flänsens inre yta vinkelrät mot täck- plåten. Flänsens yttre yta är något konsik beroende på pressningen av flän- sen. Ett anslutningsrör förs in i flänsen och lödmaterial anbringas i spalten 12 mellan flänsens insida och anslutningsdonets yttre yta. Lödmaterialet kan anbringas före eller efter det att ansiutningsdonet införts.

Den rörformiga anslutningen 11 hårdlödes mot flänsen med ett induktions- verktyg anpassat till flänsens dimensioner. lnduktionsverktyget är företrädes- vis styrt på ett automatiskt sätt för att säkerställa att rätt mängd värme och därmed att rätt temperatur och termisk cykel används vid lödningen. Med induktionslödning så anbringas värma endast direkt till lödområdet. Eftersom denna lödtyp är relativt snabb så kommer inte den tillförda värmen att värma upp det omgivande området så mycket så att några kontaktpunkter löds isär. Överflödig värme kan både löda isär värmeväxlarplattomas kontaktpunkter och kan skapa Överflödig oxidation av täckplåtens material. Fördelen med att hårdlöda ett anslutningsrör på detta sätt är att den totala lödtiden minskas jämfört med manuell hårdlödning och att kvaliteten på samma gång ökas. 10 15 20 25 30 532 58? Det är möjligt att hårdlöda alla anslutningsrör på samma gång genom att an~ vända ett lämpligt verktyg, vilket minskar tillverkningstiden ytterligare.

Den rörfonniga anslutningen kan ha olika former och anslutningsområden, men är företrädesvis gjord av ett kopparrör. Den sida av anslutningen som skall föras in i flänsen är rak. Den motsatta sidan kan ha olika form, t.ex. av- smalnande ändar med olika dimensioner. Denna sida är avpassad att anslu- tas till systemet i vilket värmeväxlaren skall användas. Det är därför möjligt att leverera olika adaptrar för olika kunder på ett enkelt sätt. Fördelen med att montera adaptem efter att värmeväxlaren är lödd är att flera varianter av värmeväxlaren kan erbjudas utan att mer än en värmeväxlartyp behöver lagerhållas. Adaptems längd kan väljas fritt, men längden bör företrädesvis låta användaren ansluta ett rör till anslutningen, t.ex. genom lödning, utan att det påverkar adaptems hårdlödning.

Fig. 5 visar exempel på olika anslutningar. Fig. 5a visar en rak, relativt tunn rörformig anslutning med en relativt kort avsmalnande anslutningsdel. Fig. 5b visar en rak, rörformad anslutning med en avsmalnande anslutningsdel. Fig. 5c visar en böjd, relativt tunn rörformad anslutning. Andra former är naturligt- vis också möjliga, beroende på kundens krav. Eftersom anslutningarna görs av ett enkelt kopparrör så är det lätt att erbjuda kunden olika varianter av an- slutningen även i relativt få antal.

En fördel med den ovan beskrivna metoden är att det inte finns någon anled- ning att tillverka olika typer av värrneväxlare. Med kända metoder måste vänneväxlare med alla olika anslutningsvarianter tillverkas och lagerhållas.

Med den uppfinningsenliga metoden behöver endast en värmeväxlartyp till- verkas. Därefter så monteras det valda anslutningsröret, vilket innebär att endast en värrneväxlartyp behöver lagerhållas. Anslutningen monteras för- delaktigt av tillverkaren, men det är även möjligt att stora kunder kan ha sin egen induktionshårdlödningsutrustning. 10 15 532 5%? 10 En annan fördel med den uppfinningsenliga metoden är att metoden tillåter användaren att ansluta ett system direkt till värmeväxlaren på ett enklare och tillförlitligare sätt. l kända värmeväxlare är anslutningarna vid öppningama gjorda av rostfritt stål när värrneväxlaren är gjord i rostfritt stål. Förbindelsen mellan en rostfri anslutning och ett kopparrör är både kostsam och kräver en relativt djup kunskap hos kunden för att erhålla en tillförlitlig anslutning. Med användandet av kopparanslutningar på vårmevâxlaren så behöver använda- ren endast löda eller klämma vännevâxlarens rörforrniga kopparanslutning till kopparrören i systemet, där båda sätten är enkla och tillförlitliga. Kunden er- håller därmed billiga anslutningar med en hög tillförlitlighet.

Uppfinningen skall ej betraktas som begränsad till de ovan beskrivna utfö- ringsforrnerna, ett antal av ytterligare varianter och modifikationer är möjliga inom ramen för de efterföljande patentkraven. Den beskrivna metoden kan användas till olika stora värrneväxlare. 10 532 EB? 11 HÄNVISNINGSBETECKNINGAR gsøwnløsvæwwf ¿. -Å . n ...x N Vârmeväxlare Värmeväxlarplatta Främre täckplåt Bakre tâckplåt Kylmedelsínlopp Kylmedelsutlopp Vatteninlopp Vattenutlopp Första flåns Andra fläns Ansiutningsrör Spalt

Claims (5)

10 15 20 25 533 587 PATENTKRAV

1. Värmeväxlare, innefattandes ett flertal värmeväxlarplattor (2) med ett korrugerat mönster, en främre täckplåt (3) och en bakre täckplåt (4), där värmeväxlarplattorna är fast sammanfogade med varandra och med den främre täckplåten och den bakre täckplåten, och där den främre och/eller bakre täckplåten innefattar ett flertal anslutningsöpp- ningar (5, 6, 7, 8), vilka innefattar en sig utåt sträckande fläns (9, 10) formad av samma material som täckplåten, där värmeväxlaren även innefattar ett anslutningsrör (11) fast monterat mot en av flänsama (9, 10), k ä n n e t e c k n a d a v att anslutningsröret är hårdlött mot flânsen med ett lödmaterial som har en smältpunkt vilken är lägre än smältpunkten för det lödmaterial som används till värmeväxlarplattor- na.

2. Värmeväxlare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att anslutnings- röret är induktionshårdlött mot flänsen.

3. .Värmeväxiare enligt något av kraven 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att anslutningsröret är tillverkat av koppar och att täckplåten är tillverkad av rostfritt stål.

4. . Metod för montering av en hårdlödd värmeväxlare med rörformade anslutningar, där åtminstone en av värmeväxlarens täckplåtar (3, 4) innefattar ett flertal anslutningsöppningar (5, 6, 7, 8) vilka innefattar en sig utåt sträckande fläns (9, 10) formad av samma material som täck- plåten, innefattandes stegen att: - värma värmeväxlaren i en ugn så att lödmaterlalet anbringat på värmeväxlarplattorna och täckplåtarna löder samman värmeväxla- fefl , - kyla ned värmeväxlaren, 532 537 lö kännetecknad av stegetatt: - hårdlöda en rörforrnad anslutning till enav flänsama på täckplåten med en induktiv hàrdlödningsmetod med ett lödmaterial som har en smältpunkt vilken är lägre än smältpunkten för det lödmateríal som används till värmeväxlarplattorna.

5. Metod enligt krav 6, k ä n n e t e o k n a d a v att täckplåten är tillver- kad av rostfritt stål och att anslutningsröret är tillverkat av køppar.