Элемент теплообменника и способ его установки

1 Данное изобретение относится в целом к конструкции теплообменника и способам сборки. В частности, изобретение относится к сборке дефлектора и к способу создания, по меньшей мере, двух изолированных контуров текучей среды внутри теплообменника. Дефлекторы используются в различных устройствах для блокирования и направления потока текучих сред и газов через трубчатые элементы, такие как коллектор или теплообменник. Теплообменники обычно содержат трубы,соединенные друг с другом между парой коллекторов. Для оптимизации эффективности переноса тепла поток переносящей тепло текучей среды (газа или жидкости) через трубы регулируется с помощью дефлекторов, располагаемых в определенных точках внутри коллекторов, так что они разделяют поток, и внутри теплообменника могут быть созданы зоны параллельных потоков за счет соответствующего направления текучей среды через его трубы. Из уровня техники известны различные конструкции дефлекторов и способы установки дефлекторов внутри коллекторов теплообменников. Один пример сводится к использованию дефлекторов в форме чаши, которые устанавливают внутри внутреннего канала коллектора и затем с помощью пайки твердым припоем закрепляют на месте. Пайка твердым припоем является желательной для образования высокопрочного, непроницаемого для текучей среды уплотнения с помощью дефлектора, в частности, если теплообменник имеет спаянную твердым припоем конструкцию. Однако недостатком этого решения является то, что флюс для пайки твердым припоем может оставаться внутри коллектора, что может приводить к коррозии внутренней поверхности теплообменника. Другой пример раскрыт в патенте США 5 052 478, выданном Nakajima и др., в котором предлагается вставлять разделительные пластины через периферийные прорези, образованные в стенке коллектора теплообменника. Хотя прорези облегчают удаление остатков флюса для пайки твердым припоем из коллектора, однако они могут значительно ослаблять стенку коллектора, уменьшая его способность выдерживать многочисленные циклы изменения температуры и давления. Конструкция дефлектора и способ установки, которые не влияют отрицательно на целостность конструкции коллектора теплообменника и предотвращают загрязнение флюсом для пайки твердым припоем, раскрыты в патенте США 4 762 152, выданном Clausen, в котором используется дефлектор в форме чаши, устанавливаемый с помощью инструмента, который расширяет боковые стенки дефлектора радиально наружу при его извлечении. За счет этого боковая стенка прижимается к внутренней поверхности коллектора, тем самым пластично деформируя дефлектор и коллектор для закрепления на месте дефлектора. 2 В JP-U-03-079085 описана система дефлекторов для блока теплообменника, соответствующая ограничительной части формулы изобретения. Два дефлектора соединены с целью повышения сопротивления перепаду давлений между двумя разделенными пространствами. Дополнительно к направлению текучих сред через теплообменники дефлекторы используют для создания двух или более изолированных контуров текучей среды внутри одного блока теплообменника. Способность создания нескольких контуров текучей среды с помощью одного теплообменника является особенно желательной, когда важно эффективно использовать пространство, а также в случае применения в автомобилях. При таких применениях становится особенно важным, чтобы каждый дефлектор был способен создавать уплотнение для текучих сред, способное выдерживать различные циклы изменения температуры и давления, особенно когда смешивание текучих сред может повредить компоненты раздельных контуров текучих сред. Однако уплотняющая способность дефлектора может подвергаться суровым испытаниям, если контуры текучих сред работают при существенно различных давлениях внутри теплообменника. Например, интеграция конденсатора системы кондиционирования воздуха и масляного радиатора в одном блоке теплообменника затрудняется за счет того, что текучие среды, используемые для кондиционирования воздуха в автомобиле, сжаты до значительно более высокого давления, чем пиковое давление масла двигателя. Таким образом, дефлектор, необходимый для этой цели, должен быть способен выдерживать намного большее давление на стороне конденсатора во время множества циклов изменения температуры и давления, а выход из строя дефлектора может привести к выходу из строя системы кондиционирования воздуха и масляной системы двигателя. Из этого следует, что если желательно иметь изолированные контуры жидкости, работающие с существенно отличающимися давлениями внутри одного блока теплообменника, то дефлекторы, используемые для создания контуров жидкости, должны обеспечивать надежное,не проницаемое для жидкости уплотнение в течение множества циклов изменения температуры и давления. С учетом уровня техники необходима улучшенная конструкция дефлектора,которая не уменьшает структурную целостность коллектора и не приводит к задерживанию флюса для пайки твердым припоем внутри коллектора. Задачей данного изобретения является создание элемента теплообменника с дефлектором,который создает раздельные зоны потоков внутри элемента. Другой задачей данного изобретения является обеспечение способности этого дефлектора 3 надежно разделять и уплотнять текучие среды,работающие при различных давлениях, внутри элемента теплообменника. Еще одной задачей данного изобретения является обеспечение возможности пайки твердым припоем дефлектора внутри элемента теплообменника, упрощение нанесения и удаления припоя для пайки твердым припоем вокруг дефлектора, а также возможности индивидуального контроля утечки. Согласно данному изобретению, создан элемент теплообменника, имеющий внутренний канал, образованный, по меньшей мере, одной стенкой, в котором размещается узел дефлектора для создания, по меньшей мере, двух раздельных зон потоков внутри канала. Узел дефлектора включает пару дефлекторов, первый из которых установлен во внутреннем канале с возможностью создавать первую зону потока,по меньшей мере, из двух раздельных зон потоков внутри внутреннего канала, при этом первый дефлектор имеет наружную часть, находящуюся в контакте со стенкой элемента теплообменника, с образованием между ними непроницаемого для жидкости уплотнения. Первый дефлектор дополнительно имеет внутреннюю часть, расположенную на расстоянии от стенки элемента теплообменника с образованием кольцевого зазора между ними. Второй из двух дефлекторов установлен во внутреннем канале с возможностью создавать вторую зону потока,по меньшей мере, из двух раздельных зон потоков внутри внутреннего канала, при этом второй дефлектор имеет наружную часть, которая находится в контакте со стенкой элемента теплообменника, с образованием непроницаемого для жидкости уплотнения между ними и внутреннюю часть, находящуюся в контакте с внутренней частью первого дефлектора, так что дефлекторы соединены друг с другом в узел. В предпочтительном варианте выполнения кольцевой зазор между первым и вторым дефлекторами соединен с атмосферой через отверстие. В результате, флюс можно вводить в элемент теплообменника и удалять из него через отверстие для крепления дефлекторов с помощью пайки твердым припоем на месте. Кроме того, отверстие может служить точкой проверки утечки дефлектора после установки, и, если оно не закрыто после изготовления теплообменника, может также служить для указания выхода из строя одного из дефлекторов. Поскольку отверстие предотвращает возникновение давления жидкости внутри зазора, то отверстие также предотвращает смешивание двух жидкостей внутри раздельных зон потоков. С учетом вышесказанного, можно видеть,что значительным преимуществом данного изобретения является то, что создана улучшенная конструкция дефлектора, которая обеспечивает образование двух или более изолированных контуров жидкости внутри одного блока тепло 002637 4 обменника. Конструкция дефлектора способна разделять жидкости с существенно отличными давлениями, такие как жидкость для кондиционирования воздуха и масла для двигателя, в течение множества циклов изменения температуры и давления. Дополнительно к этому, конструкция дефлектора упрощает пайку твердым припоем и испытание блока теплообменника и предотвращает смешивание жидкостей, если возникают утечки за одним или обоими дефлекторами. Другие задачи и преимущества изобретения следуют из последующего подробного описания. Ниже приводится пример выполнения данного изобретения со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором изображен разрез коллектора теплообменника с узлом дефлектора,согласно данному изобретению. Показанная на чертеже в разрезе часть блока 10 теплообменника включает коллектор 12 и дефлекторный узел 14. Согласно данному изобретению дефлекторный узел 14 способен разделять две жидкости внутри коллектора 12. Согласно особенно предпочтительному варианту данного изобретения, дефлекторный узел 14 может надежно изолировать две жидкости, хотя одна жидкость имеет значительно большее давление, чем другая жидкость. Примером такого применения является блок теплообменника, в котором один контур охлаждения предусмотрен для работы в качестве конденсатора системы кондиционирования воздуха в автомобиле, а второй контур охлаждения - для работы в качестве масляного радиатора масляной системы двигателя. Однако для специалистов в данной области техники очевидно, что возможны другие применения данного изобретения, включая применения вне области автомобильной промышленности. Дефлекторный узел 14 включает пару дефлекторов 18 и 26, которые установлены, как показано на чертеже, в соединении друг с другом. Узел 14 расположен внутри коллектора 12 между парой смежных трубных отверстий 36,каждое из которых несет жидкость одного из контуров жидкости, образованных дефлекторным узлом 14. Дефлектор 18 обычно предназначен для расположения на стороне высокого давления коллектора 12, в то время как дефлектор 26 предназначен для работы при более низком давлении. Дефлектор 18 имеет в целом форму чаши с радиальной стенкой 20, наружной кольцевой частью 22 и внутренней кольцевой частью 24, соединяющей наружную кольцевую часть 22 с радиальной стенкой 20. Наружная кольцевая часть 22 припаяна твердым припоем или другим образом соединена со стенкой 16 коллектора 12 с образованием непроницаемого для жидкости уплотнения. Радиальная стенка 20 и внутренняя кольцевая часть 24 расположены на расстоянии от стенки 16, так что образуется 5 кольцевой зазор 32. Второй дефлектор 26 также выполнен в целом в форме чаши и имеет радиальную стенку 28 и кольцевую часть 30. Кольцевая часть 30 припаяна твердым припоем или соединена другим образом со стенкой 16 коллектора 12 с образованием между ними непроницаемого для жидкости уплотнения. Дефлектор 26 предпочтительно с помощью прессовой посадки или другим образом прикреплен или соединен с дефлектором 18, так что кольцевая часть 30 дефлектора 26 окружает кольцевую часть дефлектора 18 и находится в контакте с ней. Таким образом, дефлекторы 18 и 26 герметизируют по жидкости кольцевой зазор 32 от двух контуров жидкости, образованных внутри коллектора 12 с помощью дефлекторного узла 14. Из формы дефлекторов 18 и 26, представленной на чертеже, следует, что давление жидкости, действующее на дефлектор 18, пытается расширить наружную кольцевую часть 22 с усилением контакта со стенкой 16 коллектора 12. В результате, дефлектор 18 предпочтительно располагается на стороне более высокого давления двух контуров жидкости. Внутренняя кольцевая часть 24 также расширяется, однако в меньшей степени, обеспечивая увеличение давления контакта между внутренней кольцевой частью 24 и кольцевой частью 30 дефлектора 26, и между кольцевой частью 30 и стенкой 16 коллектора. Согласно предпочтительному варианту выполнения данного изобретения, предусмотрено отверстие 34 в стенке 16 коллектора 12, так что кольцевой зазор 32 вентилируется. В результате, любая утечка через один из дефлекторов 18 и 26 становится видимой за счет вытекания из отверстия 34. В соответствии с этим, отверстие 34 может использоваться для проверки утечки после установки дефлекторного узла 14 в коллектор 12 и в любое время после окончания сборки блока 10 теплообменника, включая рабочее время блока 10. Следует отметить, что дефект одного из дефлекторов не приводит к выходу из строя другого дефлектора, поскольку отверстие 34 предотвращает сжатие любой жидкости внутри кольцевого зазора 32. В результате, отверстие 34 предотвращает смешивание друг с другом жидкостей, разделенных дефлекторным узлом 14. Отверстие 34 также обеспечивает доступ к дефлекторам 18 и 26 с целью введения и/или удаления флюса для пайки твердым припоем, если дефлекторы 18 и 26 припаиваются к стенке 16 коллектора. В результате, значительно уменьшается вероятность того, что флюс для пайки твердым припоем останется заключенным внутри коллектора 12 после операции пайки. Монтаж дефлекторного узла 14 внутри коллектора 12 предпочтительно выполняют путем прессовой посадки дефлектора 26 на дефлектор 18, после чего дефлекторы 18 и 26 в виде узла устанавливают в коллектор 12. Если 6 узел 14 необходимо закрепить на месте с помощью пайки твердым припоем, то дефлекторы 18 и 26 оба предпочтительно выполняют из подходящего алюминиевого сплава, покрытого сплавом твердого припоя. Между дефлекторами 18 и 26 и стенкой 16 коллектора 12 предусматривают зазор для облегчения монтажа дефлекторного узла 14. Материалы, зазоры и монтажный инструмент, пригодный для использования в изобретении, хорошо известны из уровня техники, и поэтому не нуждаются в подробном описании. Хотя изобретение описано применительно к предпочтительному варианту выполнения,очевидно, что специалисты в данной области техники могут приспособить другие варианты выполнения. Например, отверстие 34 можно герметизировать после испытания на утечку. Кроме того, дефлекторы 18 и 26 могут быть выполнены как единое целое, вместо изготовления по отдельности и последующего соединения. В соответствии с этим, объем изобретения ограничивается только следующей формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Элемент теплообменника, имеющий внутренний канал, образованный, по меньшей мере, одной стенкой, при этом элемент теплообменника содержит узел дефлектора, включающий первый дефлектор (18), установленный во внутреннем канале с возможностью создавать первую зону потока, по меньшей мере, из двух раздельных зон потоков внутри внутреннего канала, при этом первый дефлектор (18) имеет наружную часть (22), находящуюся в контакте со стенкой элемента (12) теплообменника с образованием между ними непроницаемого для жидкости уплотнения, и внутреннюю часть (24),расположенную на расстоянии от стенки элемента (12) теплообменника с образованием между ними кольцевого зазора; и второй дефлектор (26), установленный во внутреннем канале с возможностью создавать вторую зону потока, по меньшей мере, из двух раздельных зон потоков внутри внутреннего канала, при этом второй дефлектор (26) имеет наружную часть (30), находящуюся в контакте со стенкой элемента (12) теплообменника с образованием между ними непроницаемого для жидкости уплотнения, и внутреннюю часть,находящуюся в контакте с внутренней частью первого дефлектора, причем первый и второй дефлекторы герметизируют по жидкости кольцевой зазор от первой и второй зон потоков,отличающийся тем, что первый и второй дефлекторы (18, 26) имеют форму чаши и установлены совместно внутри внутреннего канала с образованием двух изолированных по жидкости контуров жидкости внутри теплообменника,при этом внутренняя часть (24) первого дефлек 7 тора соединена с помощью прессовой посадки с наружной частью (30) второго дефлектора с образованием между ними непроницаемого для жидкости уплотнения, и предусмотрено отверстие в стенке элемента теплообменника в соединении по жидкости с кольцевым зазором(32). 2. Элемент теплообменника по п.1, отличающийся тем, что наружная часть первого дефлектора имеет кольцевую форму. 3. Элемент теплообменника по п.1, отличающийся тем, что внутренняя часть первого дефлектора имеет кольцевую форму. 4. Элемент теплообменника по п.1, отличающийся тем, что наружная часть второго дефлектора имеет кольцевую форму. 5. Элемент теплообменника по п.1, отличающийся тем, что внутренняя часть второго дефлектора имеет кольцевую форму. 8 6. Элемент теплообменника по п.1, отличающийся тем, что наружная часть первого дефлектора припаяна твердым припоем к стенке внутреннего канала. 7. Элемент теплообменника по п.1, отличающийся тем, что наружная часть второго дефлектора припаяна твердым припоем к стенке внутреннего канала. 8. Элемент теплообменника по п.1, отличающийся тем, что внутренняя часть второго дефлектора соединена с помощью прессовой посадки с внутренней частью первого дефлектора. 9. Элемент теплообменника по п.1, отличающийся тем, что указанный элемент теплообменника является коллектором теплообменника.