DE3233870A1 - Verfahren zum hartloeten von waermetauschern durch heissgasblasen, sowie ofen zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

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Societe Anonyme des Usines Chausson, Asnie>es Cedex, Hauts-de~Seine / Frankreich

Verfahren zum Hartlöten von Wärmetauschern durch Heißgasblasen, sowie Ofen zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Hartlöten von Wärmetauscherbündeln, welche Rohre aufweisen, die mit Radiatoren verbunden sind, bei welchem Teile des Wärmetauscherbündels als Schaufelwerk zur Führung eines heißen pulsierenden Gases eingesetzt werden, ehe ein Hartlot zürn Schmelzen gebracht wird.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Hartlötofen mit Gasumlauf, in welchem Wärmetauscherbündel in einem Heizkanal transportierbar sind, in dem die pulsierenden Gase in einer senkrecht zu den Stirnflächen des Wärmetauschers stehenden Richtung in Umlauf gehalten sind.

Ganz allgemein bezieht sich die Erfindung auf das Hartlöten von Wärmetauschern und ähnlichen Vorrichtungen, und insbesondere auf das Hartlöten in sogenannten Gasöfen, also in öfen, in welchen die zuvor erwärmten Gase durch den Wärmetauscher in Umlauf gebracht werden, welcher selbst als 'Leit- bzw. Lenkelement für den ihn durchfließenden Gasstrom eingesetzt wird, da im Normalfall der Aufbau eines Wärmetauschers selbst so gehalten ist, daß die aerodynamischen Störungen im Gasstrom begrenzt oder doch zumindst gesteuert werden.

Die Erfindung kann bei Wärmetauschern eingesetzt werden, die aus beliebigen Metallen hergestellt werden, jedoch wird sie bevorzugt zum Hartlöten von Wärmetauschern aus Aluminium eingesetzt, bei welchen bei sehr hoher, sehr genau eingehaltener Temperatur nahe der Schmelztemperatur des Metalls oder der Grundlegierung gearbeitet werden muß, aus welchem bzw. aus welcher die Teile des Wärmetauschers hergestellt sind.

Bekanntlich haben die Aluminiumlegierungen, die bei der Herstellung von Wärmetauschern gebräuchlich sind, Schmelztemperaturen, die häufig der Schmelztemperatur der Lötlegierung sehr nahe kommen.

Es ist außerdem bekannt, daß die Wärmetauscher unter der Einwirkung der Löttemperatur nur für eine Zeitdauer auf diesem Temperaturwert gehalten werden dürfen, die so kurz wie möglich ist, damit ein Abbrennen und Diffusionserscheinungen durch die Lötlegierung vermieden werden.

Wenn durch einen Wärmetauscher Gase strömen, die auf die Löttemperatur erhitzt sind, werden diese Gase notwendigerweise so abgekühlt, daß an der Eintrittsfläche in den

Wärmetauscher eine höhere Temperatur vorliegt als an der Gasaustrittsfläche.

Der Temperaturunterschied zwischen der Gaseintrittsfläche und der Gasaustrittsfläche ist natürlich umso größer, je dicker der Wärmetauscher ist. Bei bestimmten sehr dikken Wärmetauschern kann es vorkommen, daß die Lötstelle im Bereich der Gasaustrittsfläche nicht entsprechend behandelt wird, während die Lötstelle im Bereich der Gaseintrittsfläche überhitzt ist.

Aus der französischen Patentschrift 1 322 927 ist ein Verfahren zum Löten von Wärmetauschern bekannt, bei welchem die Erwärmung durch Umwälzung von Heißluft durch das in einer entsprechenden Vorrichtung befestigte Bündel erfolgt, und um Wärmemenge wiederzugewinnen, wird zu dieser Erwärmung Kühlluft verwendet, die durch ihren Durchlauf durch ein zu kühlendes Radiatorenbündel teilweise wiedererwärmt wurde.

Aus der französischen Patentschrift 1 345 595 ist eine Anlage zum Löten von Wärmetauschern bekannt, bei welcher die in einer entsprechenden Vorrichtung befestigten Wärmetauscher zum Umlauf in einem Tunnelofen gebracht werden, in welchen Heißluft so eingeblasen wird, daß sie zunächst durch den unteren Teil des Wärmetauschers streicht, der anschließend gekippt wird, so daß der anfänglich oben liegende Wärmetauscherabschnitt nun zum unten liegenden wird und seinerseits nun durch einen ihn durchfließenden Luftstrom erwärmt wird.

Die französische Patentschrift 69 32199 betrifft ebenfalls die Verlötung von Wärmetauschern, und bei dieser Erfindung sind die Wärmetauscher in einer Fördereinrichtung eingehängt, die durch einen Tunnelofen führt, wobei die Wärmetauscher in Längsrichtung des Ofens transportiert werden und quer zur Ofenlängsrichtung Heißluftströme eingeblasen werden, die durch die Wärmetauscher streichen und damit diese auf die Löttemperatur erwärmen.

In der französischen Patentschrift 71 29092 ist außerdem ein Lötofen für Wärmetauscher beschrieben, in welchem durch die Wärmetauscher Heißluftströme geblasen werden, wobei die Heißluft bereits durch einige Wärmetauscher geführt wurde und zum Vorwärmen anderer Wärmetauscher ruckgeführt wurde.

Bei den vorstehend genannten bekannten Veröffentlichungen wird jedoch nicht der Temperaturgradient berücksichtigt, der zwischen der einen und der anderen Seite des Wärme- · tauschers besteht.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Hartlöten von Wärmetauschern s'owie einen Ofen zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei dem die vorstehend genannten Probleme und Nachteile nicht mehr vor!iegen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Richtung des Gases gegenüber der einen und der anderen Seite des Wärmetauschers mindestens einmal während der Zeit umgekehrt wird, in deren Verlauf der Wärmetauscher zur Durchführung, des Lötvorgangs der Einwirkung eines Gasstromes ausgesetzt ist.

Des weiteren wird die Aufgabe der Erfindung mit einem Hartlötofen mit Gasumlauf dadurch gelöst, daß dieser mindestens eine Kammer aufweist, innerhalb welcher sich mindestens ein Wärmetauscher unter dem Einfluß eines Gas-Stroms hefindet, welcher zunächst durch den Wärmetauscher in einer Richtung geführt ist, und anschließend unter dem Einfluß eines Gasstroms steht, welcher durch denselben Wärmetauscher in entgegengesetzter Richtung geführt ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele .derselben unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Wärmetauscherbündels, wie es in einem Lötofen liegt, sowie die graphische Darstellung des typischen Temperaturverlaufs;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Ofen;

Fig. 3 eine schematische Ansicht ähnlich Fig. 2 eines anderen Ausführungsbeispieles des Ofens, und

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines weiter modifizierten Ofens.

Gemäß der Zeichnung sind die Rohre 1 eines Wärmetauschers an die Wärmeradiatoren 2 anzulöten, die hier in Form von Flügeln dargestellt sind, jedoch auch aus Wellblechstreifen besteh.en können, die zwischen die Rohre eingesetzt sind.

— ΟΙ Das Wärmetauscherbündel kann auch mit Kollektorplatten

3 ausgerüstet sein. Wenn die Wärmetauscherbündel aus Aluminium oder Aluminiumlegierung gefertigt werden, und wenn • . sie mit Hilfe eines Aluminium-Si1izium-Lots bzw. eines Aluminium-Silizium-Magnesium-Lots, also mittels eines Hartlots, verlötet werden, so muß die Temperatur, auf die das Bündel erwärmt werden muß, einem Wert entsprechen, der nur wenig unter der Schmelztemperatur des Grundmetalls bzw. der Grundlegierung liegt, aus welchem bzw. welcher der Wärmetauscher gefertigt ist. Der Temperaturunterschied liegt häufig in der Größenordnung von 20 C bis 30⁰C, und die Löttemperatur liegt bei etwa 600⁰C.

Um in der Weise löten zu können, wie vorstehend erläutert wurde, werden die Eigenschaften des Wärmetauschers selbst eingesetzt, durch welche sich die Umwälzung der heißen Gase im Ofen kanalisieren läßt, da Rohre und Wärmetauscher vorhanden sind, die als Leitschaufeln wirken, und auf diese Weise erzielt man eine kaum bzw. nur wenig gestörte Umwälzung, so daß die Temperatur der Teile durch die das Bündel durchströmenden Gase umso besser homogen gehalten werden kann, wie aus Fig. 1 deutlich wird.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Temperatur zwischen der Gaseinströmfläche und der Gasausströmfläche am Radia-"torenbündel erheblich abnimmt, da das Metall des Wärmetauschers Wärme aufnimmt.

Auf diese Weise ergibt sich die in I dargestellte Kurve.

Da die Temperatur der Gase, die die Einströmfläche erreichen, nicht wesentlich die Schmelztemperatur der Lötlegierung überschreiten darf, ist es angeraten, das Bündel über eine relativ lange Strecke im Umlauf im Ofen zu halten, und zwar in einem Ofenbereich, in welchem die Gase mit einer leicht über der Löttemperatur liegenden Tem-

-· ίο -

peratur eingeblasen werden.

Auf diese Weise ergibt sich der unter II angegebene Verlauf, wobei sich die Gase noch auf der Löttemperatur an der Austrittsfläche des'Bündels befinden.

Wie vorstehend erläutert wurde, ist diese Vorgehensweise nicht sehr zufriedenstellend, da die Zeitdauer, für welche das Bündel auf der Löttemperatur gehalten werden muß, sehr leicht zu Verbrennungs- und Diffusionserscheinungen in bestimmten Bereichen führt, und folglich hat es sich als wichtig erwiesen, den durch Kurve III veranschaulichten Verlauf zu erreichen, bei welchem d-ie Temperatur auf der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche gleich ist, so daß es möglich ist, eine Gastemperatur einzusetzen, .. die genau der Löttemperatur entspricht, und die Aufheizzeit zu verkürzen, wodurch jegliches Verbrennen verhindert 'wi rd.

Um dieses letztgenannte Ergebnis zu erreichen, wird das zu verlötende Wärmetauscherbündel in eine Kammer im Ofen gebracht, in welcher die Gase auf Löttemperatur umgewälzt werden, und man geht dabei so vor, daß die Gase nacheinander in die eine und dann in die andere Richtung durch das Bündel streichen, so daß die Temperatur auf beiden Seiten des Bündels ausgeglichen wird, da diese abwechselnd Gaseintritts- und Gasaustrittsseite sind.

Zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens ist erfindungsgemäß ein Ofen vorgesehen, der in seiner Konstruktion gemäß Fig. 2 einen Vorheizkanal 4 aufweist, welcher in eine Kammer 5 mündet, die im mittleren Abschnitt Trennelernen te 6, 7 aufweist. Diese Trennelemente sind im Mittelbereich angeordnet und wirken mit feststehenden Leitschaufeln 8 zusammen, die auf jeder der beiden Seiten an-

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geordnet sind. Die Kammer 5 enthält Heizelemente 9, bzw. steht mit diesen in Verbindung, beispielsweise mit elektrischen Heizwiderständen, denen Gebläse 10 oder andere Einrichtungen zugeordnet sind, um die Gase im Inneren der Kammer 5 in Umlauf zu bringen und zu halten. "

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, lenken die feststehenden Leitschaufeln 8 die pulsierenden Gase durch die Heizelemente 9, damit diese Gase senkrecht zu den Stirnflächen a bzw. b der Wärmetauscher geführt werden, die sich in der Kammer 5 befinden.

Die Zeichnung zeigt außerdem, daß im ersten Teil der Kammer die Fläche a die Eintrittsfläche darstellt, während im zweiten Teil der Kammer die Fläche b zur Eintrittsfläche wird.

Die Trennelemente 6, 7 sind dünn bzw. weisen eine aerodynamisch günstige Form auf, die so gewählt wird, daß die Gase in ihrer Nähe nur wenigen Störeinflüssen ausgesetzt sind; auf diese Weise ist zwischen den beiden von diesen Trennelementen begrenzten Zonen innerhalb der Kammer 5 kein Temperaturgradient vorhanden. In dem vorbeschriebenen Ofen werden die Bündel mit Hilfe einer Fördereinrichtung 11 bewegt, in welche sie vorteilhafterweise eingehängt sind; diese Fördereinrichtung trägt sie in einer Weise, daß die Gase sie durchstreichen können, wie die Pfeile in Fig. 1 andeuten.

Die Bewegung der Fördereinrichtung kann stetig oder unstetig verlaufen. Im allgemeinen wird eine stetige Förderbewegung bevorzugt.

Fig: 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei wel~ ■ chem der Ofen eine Kammer 5a aufweist, in welcher die Bündel nacheinander bewegt werden, nachdem sie durch den Vorheizkanal 4 geführt wurden. Bei diesem Ausf'ührungsbeispiel ist die Fördereinrichtung 11 mit einer Vorrichtung ausgerüstet,· die ein Kippen des Bündels um 180° bewirkt, beispielsweise eine Schaltrolle, eine Seilscheibe oder ein Rädchen oder auch ein Nocken 12, der gegen einen Steuerzapfen 13 in Anschlag gelangt, welcher ein Umkippen bzw. eine Drehbewegung des sich in der Kammer 5a befindenden Bündels um 180° bewirkt.

Der Kammer 5a wird heißes Gas in einer Richtung mittels eines Gebläses 14 zugeführt, wobei die Luft beispielsweise durch einen elektrischen Heizwiderstand 9 erwärmt wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel streicht die Heizluft durch das vorerwärmte Bündel zunächst während einer vorgegebenen Zeit in einer Richtung, und dann bewirkt der Zapfen 13, der durch eine entsprechende, jedoch nicht abgebildete Einrichtung, beispielsweise einen Kolben oder ein anderes Steuerelement, betätigt wurde, die Drehung des Bündels um 180°, so daß nun dessen andere Seite dem pulsierenden Gasstrom zugekehrt ist.

Es ist von Vorteil, wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist, daß die auf Löttemperatur erwärmten Gase in der Kammer 5a beispielsweise am Ausgang des Vorheizkanals 4 abgenommen werden und in Richtung des Pfeiles F₁ zum zusätzlichen Heizwiderstand 9 geleitet werden, wobei die die Kammer 5a verlassenden Gase beispielsweise durch ein Geblase 15 zum Vorheizkanal 4 zurückgeführt werden, ohne daß sie erneut erwärmt werden.

Gemäß Fig. 4 weist der Ofen hintereinander geschaltete Kammern 5^, S^ auf, in welche die Gase gegensinnig eingeblasen werden. Nachdem die Gase durch die Wärmetauscher geführt wurden, werden sie in RückfUhrkaminern 5,', 5?' geführt, von welchen aus sie den Kammern 5,, 5~ jeweils wieder zugeführt werden, indem sie durch Leitungen oberhalt oder vorzugsweise unterhalb der Wärmetauscher so geleitet werden, daß die Gase im geschlossenen Kreislauf in Schleifen umlaufen.

Auch wenn die Erfindung anhand bestimmter Ausführungsbeispiele dargestellt und im einzelnen beschrieben wurde, so ist sie dennoch nicht auf diese beschränkt, da zahlreiche Modifizierungen und Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne über den Umfang der Erfindung hinauszugehen.

Insbesondere kann die Lötkammer aus einem Kanalbereich im Ofen bestehen, in welchen die auf-Löttemperatur erwärmten Gase abwechselnd in der einen und der anderen Richtung eingeblasen werden.

Claims (10)

37 506/; 323 3370 Societe Anonyme des Usines Chausson, Asnieres Cedex, Hauts-de-Seine / Frank- rei ch Verfahren zum Hartlöten von Wärmetauschern durch Heißgasblasen, sowie Ofen zur Durchführung dieses Verfahrens Patentansprüche

1. Verfahren zum Hartlöten von Wärmetauscherbündeln, welche Rohre aufweisen, die mit Radiatoren verbunden sind, bei welchem Teile des Wärmetauscherbündels als Schaufelwerk zur Führung eines heißen pulsierenden Gases eingesetzt werden,' ehe ein Hartlot zum Schmelzen gebracht wird, dadurch GEKENNZEICHNET, daß die Richtung des Gases gegenüber der einen und der anderen Seite des Wärmetauschers

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mindestens einmal während der Zeit umgekehrt wird, in deren Verlauf der Wärmetauscher zur Durchführung des Lötvorgangs der Einwirkung eines Gasstromes ausgesetzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch GEKENNZEICHNET, daß die Umkehrung der Gasumlaufrichtung bezüglich des Wärmetauschers dadurch herbeigeführt wird, daß der Wärmetauscher zwischen zwei Gasströmen verlagert'wird, die in einander entgegengesetzten Richtungen umlaufen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch GEKENNZEICHNET, daß die Umkehrung der Gasumlaufrichtung bezüglich des Wärme-. tauschers dadurch herbeigeführt wird, daß der Wärmetauscher in einem in einer Richtung umlaufenden Gasstrom um 180° gekippt wird (Fig. 3).

4. Hartlötofen,mit Gasumlauf, in welchem Wärmetauscherbünde! in einem Heizkanal transportierbar sind» in dem die pulsierenden Gase in einer senkrecht zu den Stirnflächen des Wärmetauschers stehenden Richtung in Umlauf gehalten sind, dadurch GEKENNZEICHNET, daß er mindestens eine Kammer (5, 5a, 5,, 5g) aufweist, innerhalb welcher sich mindestens ein Wärmetauscher unter dem Einfluß eines Gasstroms befindet, welcher zunächst durch den Wärmetauscher in einer Richtung geführt ist, und anschließend unter dem Einfluß eines Gasstroms steht, welcher durch denselben Wärmetauscher in entgegengesetzter Richtung geführt ist.

5. Hartlötofen nach Anspruch 4, dadurch GEKENNZEICHNET, daß die Kammer, in welcher der Wärmetauscher nacheinander unter dem Einfluß eines in eine Richtung und eines in die entgegengesetzte Richtung geführten Gasstromes steht, einem Vorheizkanal (4) nachgeschaltet ist, in welchem die aufeinanderfolgenden Wärmetauscher mittels einer Fördereinrichtung (11) in Umlauf gehalten sind.

6. Hartlötofen nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch GEKENNZEICHNET, daß die Lötkammer des Ofens im mittleren Bereich Trennelemente (6, 7) aufweist, wobei beiderseits derselben Leitschaufeln (8) angeordnet sind, welche einen pulsierenden Gasstrom durch die Heizelemente (9) leiten, und daß jeder Wärmetauscher mittels der Fördereinrichtung (11) beiderseits der Trennelemente in der Kammer führbar ist, wobei die Trennelemente zwei gegensinnig umgewälzte Luftströme abgrenzen.

7. Hartlötofen nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch GEKENNZEICHNET, daß der Ofen eine Lötkammer (5a) aufweist, in welche Luft in gleichbleibender Richtung einblasbar ist, wobei die Fördereinrichtung (11) für den Wärmetauscher sich in der Kammer befindet, welche mit einer Einrichtung (12,

13) zum Kippen des Wärmetauschers im Inneren der Kammer um 180° ausgerüstet ist.

8. Hartlötofen nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch GEKENNZEICHNET, daß die in der Kammer, in welcher der Wärmetauscher um 180° kippbar ist, pulsierende Luft im Vorheiztunnel (4) pul'sierbar und anschließend erneut erwärmbar und dann erst in der Kammer pulsierbar ist, von welcher sie in den Vorheiztunnel rückführbar ist.

9. Hartlötofen nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch GEKENNZEICHNET, daß der Ofen hintereinander geschaltete Kammern (5p 5,¹; 5o, 5~' ) aufweist, in welchen die Gase gegensinnig umwälzbar sind, wobei die Gase unter Bildung einer Schleife unterhalb bzw. oberhalb des Bereiches in welchem die Wärmetauscher geführt.sind, kontinuierlich pulsiert sind.

10. Hartlötofen nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch GEKENNZEICHNET, daß die Fördereinrichtung (11) unterschiedslos mit kontinuierlicher oder intermittierender Umwälzung ausgerüstet ist.