BE1023986B1 - Buizenwarmtewisselaar en werkwijze om deze te vervaardigen - Google Patents

Abstract

Buizenwarmtewisselaar (1) voor het uitwisselen van warmte tussen een eerste en tweede fluïdum, die een behuizing (2) omvat waarin zich buizen (8) uitstrekken waarbij in de behuizing (2) keerschotten (11) zijn aangebracht die voorzien zijn van doorgangen (13) uitstrekken, waarbij de keerschotten (11) op een afstand van elkaar aan elkaar verbonden zijn door middel van één of meer bevestigingselementen (17) die aangebracht zijn in eerste uitsparingen (14) in de keerschotten (11), waarbij één of meer verbindingen (17) gevormd worden door middel van één of meer lippen (16) dia aan een rand van een eerste uitsparing (14) zijn aangebracht, waarbij de één of meer lippen (16) deel uitmaken maken van het keerschot (11) en omgebogen zijn, uit het door het keerschot (11) gedefinieerde vlak.

Description

Buizenwarmtewisselaar en werkwijze om deze te vervaardigen.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een buizenwarmtewisselaar en op een werkwijze om deze te vervaardigen.

Men kent reeds buizenwarmtewisselaars voor het uitwisselen van warmte tussen twee fluida, respectievelijk een eerste en een tweede fluïdum, waarbij de warmtewisselaar is opgebouwd uit een behuizing waarin zich één of meer buizen uitstrekken die aan hun uiteinden bevestigd zijn aan schotten die de behuizing verdelen in drie compartimenten, namelijk een inlaat- en een uitlaatcompartiment voor het eerste fluïdum en daartussen een centraal compartiment met een eigen inlaat en uitlaat voor het tweede fluïdum.

In de klassieke buizenwarmtewisselaars worden één of meerdere keerschotten dwars op de richting van de buizen voorzien en strekken de buizen zich uit doorheen doorgangen in deze keerschotten, teneinde de stroming van het tweede fluïdum volgens een bepaald patroon te leiden.

Traditioneel worden de keerschotten zodanig gemonteerd dat, afwisselend aan de ene zijde en de tegenoverliggende zijde van de behuizing, een doorgang voor het tweede fluïdum wordt vrijgelaten, zodat het tweede fluïdum een zigzagpatroon volgt.

De keerschotten worden bij de bekende buizenwarmtewisselaars op een afstand van elkaar gehouden door middel van bevestigingsmiddelen in de vorm van afStandsbussen of afstandsplaatjes die tussen de keerschotten zijn aangebracht.

In het geval van afStandsbussen, wordt doorheen elke reeks van in eikaars verlengde gelegen afStandsbussen, minstens één draadstang aangebracht, één en ander zodanig dat deze draadstangen zich eveneens doorheen de respectievelijke doorgangen in de keerschotten uitstrekken.

Een nadeel van een dergelijke klassieke opstelling is dat de draadstangen en de afStandsbussen uit een voldoende dik materiaal vervaardigd moeten zijn, aangezien de beweging van de keerschotten, ten gevolge van de stroming van het tweede fluïdum doorheen het centraal compartiment, moet worden beperkt.

De grote hoeveelheid benodigd materiaal impliceert uiteraard hoge materiaalkosten.

Nog een nadeel is dat de plaatsing van de keerschotten omslachtig is, waardoor de assemblage van de buizenwarmtewisselaar arbeidsintensief en dus duur is.

In EP 2480850 is een alternatief beschreven waarin een bevestigingselement in de vorm van een gegroefd V-profiel wordt samengedrukt en wordt vastgeklikt in uitsparingen aan de omtrek van de keerschotten, meer precies onder lippen die aan de randen van die uitsparingen zijn aangebracht.

Dit heeft als nadeel dat het samenknijpen van de V-vormige profielen een aanzienlijke kracht vereist, zodat de ν'-vormige profielen noodgedwongen uit relatief dun materiaal moeten worden vervaardigd, wat weer als gevolg heeft dat de stijfheid van de verkregen constructie beperkt is.

Tevens is het niet gemakkelijk om tegelijkertijd een significante kracht uit te oefenen voor het samenknijpen van de V-vormige profielen en deze profielen nauwkeurig te manipuleren teneinde deze te plaatsten in de uitsparingen in de keerschotten.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan één of meerdere van de voornoemde en/of andere nadelen een oplossing te bieden, doordat zij voorziet in een buizenwarmtewisselaar voor het uitwisselen van warmte tussen een eerste en tweede fluïdum, waarbij de warmtewisselaar een behuizing omvat waarin zich één of meer buizen uitstrekken tussen een inlaatgedeelte voor het eerste fluïdum en uitlaatgedeelte voor het eerste fluïdum, waarbij in de behuizing keerschotten zijn aangebracht voor het opleggen van een stromingspad aan het tweede fluïdum, waarbij de keerschotten voorzien zijn van doorgangen, waarbij de één of meer buizen zich doorheen de genoemde doorgangen uitstrekken, waarbij de keerschotten op een afstand van elkaar aan elkaar verbonden zijn door middel van één of meer bevestigingselementen die aangebracht zijn in eerste uitsparingen in de keerschotten, waarbij één of meer verbindingen tussen een genoemd keerschot en een genoemd bevestigingselement gevormd worden door middel van één of meer lippen die aan de rand van een eerste uitsparing zijn aangebracht, waarbij de één of meer lippen deel uitmaken maken van het keerschot en waarbij de één of meer lippen omgebogen zijn, dat wil zeggen plastisch vervormd, uit het door het keerschot gedefinieerde vlak.

Een dergelijke buizenwarmtewisselaar is eenvoudig te vervaardigen.

Het volstaat immers de keerschotten, met de lippen nog niet omgebogen, op correcte afstanden van elkaar te plaatsen, bijvoorbeeld in een daartoe geschikte montagetafel, waarna de één of meer bevestigingselementen eenvoudig geplaatst kunnen worden in de eerste uitsparingen en vastgezet kunnen worden door de één of meer lippen om te buigen met een daartoe geschikte gereedschap.

Nog een voordeel is dat het bevestigingselement en de keerschotten uit hetzelfde materiaal vervaardigd kunnen worden zodat er minder logistiek nodig is bij de assemblage van de buizenwarmtewisselaar volgens de uitvinding.

Bij voorkeur zijn de genoemde één of meer bevestigingselementen elk aan alle genoemde keerschotten verbonden.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm worden de bevestigingselementen hoofdzakelijk uitgevoerd als profielen, waarbij de vorm van de eerste uitsparingen overeenkomt met de vorm van de buitenomtrek, gezien in doorsnede dwars op de profielrichting, van deze profielen, en waarbij optioneel deze profielen, ter plaatse van de eerste uitsparingen voorzien zijn van tweede uitsparingen of net naast de eerste uitsparingen voorzien zijn van uitsteeksels.

Hierdoor worden de keerschotten en bevestigingselementen ten opzichte van elkaar in twee richtingen vastgezet, te weten in een richting parallel met de door de keerschotten gedefinieerde vlakken en in een richting parallel met de profielrichting van de bevestigingselementen.

Ook is nu een montagetafel niet nodig, omdat de keerschotten één voor één aan de één of meer bevestigingselementen kunnen worden verbonden, waarbij de bevestigingselementen van te voren kunnen worden voorbereid met de uitsparingen of uitsteeksels op een afstand van elkaar die overeenkomt met de gewenste afstand tussen de keerschotten.

De uitvinding betreft tevens, afzonderlijk of als deel van een werkwijze voor het vervaardigen van een bui zenwarmtewisselaar, een werkwijze voor het op een gewenste afstand van elkaar aan elkaar bevestigen van keerschotten van een warmtewisselaar, waarbij de keerschotten voorzien zijn van één of meer eerste uitsparingen voor het ontvangen van een één of meer bevestigingselementen die minimaal de gewenste afstand overbruggen, waarbij de keerschotten voorzien zijn van één of meer lippen die aan de rand van een dergelijke eerste uitsparing zijn aangebracht, waarbij deze werkwijze de volgende stap omvat: - het ombuigen van de één of meer lippen tot zij buiten het door het keerschot gedefinieerde vlak steken.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een buizenwarmtewisselaar en een keerschot volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 schematisch een doorsnede van een buizenwarmtewisselaar volgens de uitvinding weergeeft; figuren 2 en 3 schematisch en in perspectief onderdelen van de buizenwarmtewisselaar van figuur 1 weergeven alvorens zij aan elkaar bevestigd zijn; figuur 4 op grotere schaal het gedeelte weergeeft, dat in figuur 1 met F4 is aangeduid; figuren 5 en 6 op grotere schaal doorsneden weergeven, respectievelijk volgens lijn V-V en lijn VI-VI in figuur 4; figuur 7 een doorsnede weergeeft volgens lijn VII-VII in figuur 4; en figuur 8 een stap weergeeft in een werkwijze om een buizenwarmtewisselaar volgens figuur 1 te vervaardigen.

In figuur 1 is schematisch een buizenwarmtewisselaar 1 volgens de uitvinding weergegeven die hoofdzakelijk een gesloten behuizing 2 omvat die door middel van eindstukken in de vorm van twee evenwijdige schotten 3 opgedeeld is in drie compartimenten 4 tot 6, zijnde een centraal compartiment 4 en twee compartimenten 5 en 6 aan weerszijden hiervan.

Het centraal compartiment 4 bevindt zich tussen de voornoemde schotten 3, en in de schotten 3 zijn doorgangen voorzien, waardoorheen zich evenwijdige buizen 8 uitstrekken.

De voornoemde buizen 8 vormen een verbinding tussen de twee andere compartimenten 5 en 6 aan weerszijden van het centraal compartiment 4, met name het compartiment 5 dat een inlaatgedeelte vormt voor een eerste fluïdum, en het compartiment 6 dat een uitlaatgedeelte vormt voor dit eerste fluïdum.

Het centraal compartiment 4 is voorzien van een inlaat 9 en een uitlaat 10 voor een tweede fluïdum, en van zogenaamde keerschotten 11 die dwars op de lengterichting van de buizen 8 zijn gericht.

De vorm en de relatieve positie van de keerschotten 11 wordt daarbij zodanig gekozen dat het tweede fluïdum een bepaald stromingspatroon wordt opgelegd, zoals bijvoorbeeld een zigzagpatroon, waarbij het tweede fluïdum meerdere malen volgens een heen- en weergaande beweging door het centrale compartiment 4 stroomt.

Hiertoe strekken de keerschotten 11 zich uit vanaf één zijde van het centraal compartiment 4 tot op een zekere afstand van de andere zijde van het centraal compartiment 4 ter vorming van een keerdoorgang 12 voor het tweede fluïdum en dit op een wijze zodat de opeenvolgende keerdoorgangen 12 zich alternerend aan de ene of de andere zijde bevinden.

De keerschotten 11 worden bij voorkeur uit een roestvast staal vervaardigd, doch de uitvinding is hiertoe geenszins beperkt.

De keerschotten 11 zijn voorzien van doorgangen 13, waardoorheen de buizen 8 van de warmtewisselaar 1 lopen.

De voornoemde doorgangen 13 hebben een diameter die nagenoeg overeenstemt met de diameter van de buizen 8, waardoor een beperkte speling tussen de keerschotten 11 en de buizen 8 bestaat.

De keerschotten 11 zijn aan hun omtrek voorzien van V-vormige eerste uitsparingen 14. Het aantal hiervan is afhankelijk van de benodigde stevigheid van de onderlinge verbinding van de keerschotten 11.

De eerste uitsparingen 14 kunnen nabij hun gesloten zijde voorzien worden van een bijkomende opening 15, één en ander zodanig dat er geen scherpe punt ontstaat die een startpunt voor breuken zou kunnen zijn, echter dit is niet noodzakelijk indien de radius in de punt van de eerste uitsparingen 14 voldoende groot is en/of indien het materiaal van de keerschotten voldoende weerstand tegen scheurvorming heeft.

Aan de omtrek van de keerschotten 11 zijn de keerschotten 11, bij iedere eerste uitsparing 14, voorzien van twee lippen 16 die in de eerste uitsparing 14 steken.

Dit is vooral te zien in figuur 3.

De keerschotten 11 worden op een afstand van elkaar vastgehouden door middel van bevestigingselementen 17, waarbij elk bevestigingselement 17 gevormd wordt door een V-vormig profiel, zoals weergegeven in figuur 2, met twee naar elkaar toelopende wanden 18, waarbij dit profiel bij voorkeur uit roestvast staal vervaardigd is.

Aan de vrije randen 19 van deze wanden 18 zijn een aantal tegenover elkaar liggende tweede uitsparingen 20 voorzien, die een breedte hebben die enigszins groter is dan de dikte van de keerschotten 11, en die over de lengte van het profiel aangebracht zijn op de gewenste onderlinge afstand van de keerschotten 11.

De tweede uitsparingen 20 zijn in dit voorbeeld, maar niet noodzakelijk, voorzien van een bijkomende opening ISA, één en ander zodanig dat er geen scherpe hoeken ontstaan die een startpunt voor breuken zou kunnen zijn.

De afmetingen, gezien in doorsnede dwars op de lengterichting, van de bevestigingselementen 17 zijn zodanig dat zij in de eerste uitsparingen 14 passen zonder dat de bevestigingselementen 17 vervormd dienen te worden.

De bevestig.ingselementen 17 strekken zich parallel met de buizen 8 uit over de volledige afstand tussen de verst van elkaar gelegen keerschotten 11.

De verbinding tussen de keerschotten 11 en bevestigingselementen 17 wordt gevormd doordat de bevestigingselementen, ter plaatse van de tweede uitsparingen, in de eerste uitsparingen van de keerschotten 11 geplaatst zijn, waarna de lippen 16, zoals later zal worden uitgelegd zijn omgebogen uit het vlak van de keerschotten 11, waarbij zij rond een rand van de tweede uitsparing 20 gebogen zijn. Dit is vooral weergegeven in figuren 4 tot 7.

Hierdoor is een beweging van de bevestigingselementen 17 in radiale richting van de keerschotten 11 niet, of slechts zeer beperkt, mogelijk, en is ook een longitudinale beweging van de keerschotten 11 in de lengterichting van de bevestigingselementen niet, of slechts zeer beperkt, mogelij k.

Bij voorkeur strekken de vrije randen 19 van de bevestigingselementen 17 zich in gemonteerde toestand uit tot nagenoeg aan de omtreksrand van de keerschotten 11, zoals in figuren 4 tot 6 is weergegeven.

De vervaardiging van een dergelijke buizenwarmtewisselaar 1 is analoog aan een traditionele buizenwarmtewisselaar, waarbij alleen het maken van de verbindingen tussen de keerschotten 11 en de bevestigingselementen 17 hierbij nader wordt uitgelegd.

De keerschotten 11 worden hiertoe in de gewenste oriëntatie en met de gewenste onderlinge tussenafstand op een montagetafel vastgehouden.

Vervolgens worden de bevestigingselementen 17, ter plaatse van hun tweede uitsparingen 20, in de eerste uitsparingen 14 geplaatst. Dit kan gebeuren zonder de bevestigingselementen 17 aan hun vrije randen 19 samen te knijpen, maar simpelweg door de bevestigingselementen 17 enigszins te kantelen zodat deze langs de lippen 16 kunnen passeren.

Vervolgens worden met een speciale tang 21 de lippen 16 omgebogen. Dit wordt getoond in figuur 8, waarin de tang 21 gereed is om de lippen 16 naar boven, dat wil zeggen uit het vlak van het papier, om te buigen ter vorming van een verbinding.

De speciale tang 21 bestaat uit twee delen die via een scharnieras aan elkaar verbonden zijn. Het eerste deel 22 heeft een gevorkt uiteinde met twee benen 23 waartussen de afstand groter is dan de grootte van de eerste uitsparing 14. Het tweede deel 24 heeft een vlak uiteinde, dat kleiner is dan de binnenafmeting van de bevestigingselementen 17, maar groter is dan de onderlinge afstand tussen de lippen 16.

Door de tang 21 samen te knijpen, wanneer deze juist geplaatst is rond een eerste uitsparing 14, zoals getoond in figuur 8, worden de lippen 16 omgebogen uit het vlak van het keerschot 11.

Het gebruik van de buizenwarmtewisselaar 1 volgens de uitvinding is analoog aan dat van de bekende buizenwarmtewisselaars .

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch een buizenwarmtewisselaar en werkwijze volgens de uitvinding kunnen in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (14)

1. Conclusies .

   1. - Buizenwarmtewisselaar (1) voor het uitwisselen van warmte tussen een eerste en tweede fluïdum, waarbij de warmtewisselaar een behuizing (2) omvat waarin zich één of meer buizen (8) uitstrekken tussen een inlaatgedeelte (5) voor het eerste fluïdum en uitlaatgedeelte (6) voor het eerste fluïdum, waarbij in de behuizing (2) keerschotten (11) zijn aangebracht, waarbij de keerschotten voorzien zijn van doorgangen (13), waarbij de één of meer buizen (8) zich doorheen de genoemde doorgangen (13) uitstrekken, waarbij de keerschotten (11) op een afstand van elkaar aan elkaar verbonden zijn door middel van één of meer bevestigingselementen (17) die aangebracht zijn in eerste uitsparingen (14) in de keerschotten (11), daardoor gekenmerkt dat één of meer verbindingen tussen een genoemd keerschot (11) en een genoemd bevestigingselement (17) gevormd worden door middel van één of meer lippen (16) die aan een rand van een eerste uitsparing (14) zijn aangebracht, waarbij de één of meer lippen (16) deel uitmaken maken van het keerschot (11) en waarbij de één of meer lippen (16) omgebogen zijn, uit het door het keerschot (11) gedefinieerde vlak.
2. 2. - Buizenwarmtewisselaar (1) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de genoemde eerste uitsparingen (14) zich bevinden langs de buitenomtrek van de keerschotten (11).
3. 3. - Buizenwarmtewisselaar (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de genoemde één of meer bevestigingselementen (17) aan alle genoemde keerschotten (11) verbonden zijn.
4. 4. - Buizenwarmtewisselaar (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de één of meer bevestigingselementen (17) zich uitstrekken in een richting parallel met de buizen (8).
5. 5. - Buizenwarmtewisselaar (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de één of meer bevestigingselementen (17) zich uitstrekken in een richting haaks op de keerschotten (11) .
6. 6. - Buizenwarmtewisselaar (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de één of meer bevestigingselementen (17) hoofdzakelijk gevormd worden door profielen, waarbij de vorm van de eerste uitsparingen (14) minimaal gedeeltelijk overeenkomt met de vorm van de buitenomtrek, gezien in doorsnede dwars op de profielrichting, van deze profielen, en waarbij optioneel deze profielen, ter plaatse van de eerste uitsparingen (14) voorzien zijn van tweede uitsparingen (20) of net naast de eerste uitsparingen (14) voorzien zijn van uitsteeksels.
7. 7. - Buizenwarmtewisselaar (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de één of meer bevestigingselementen (17) gevormd worden door één of meer profielen met een V-vormige doorsnede dwars op de profielrichting, waarbij deze één of meer profielen ter plaatse van de eerste uitsparingen (14) voorzien zijn van tweede uitsparingen (20), waarbij de eerste uitsparingen (14) minimaal gedeeltelijk V-vormig zijn, en waarbij op twee overstaande randen van de eerste uitsparingen {14} de genoemde lippen (16) zijn aangebracht.
8. 8. - Bui zenwarmtewisselaar (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de één of meer bevestigingselementen (17) voorzien zijn van een tweede uitsparing (20) ter plaatse van de genoemde verbindingen, waarbij de één of meer lippen (16) zich gedeeltelijk in de tweede uitsparing (20) bevinden en waarbij de één of meer lippen (16) rond een rand van de tweede uitsparing (20) gebogen zijn.
9. 9. - Buizenwarmtewisselaar (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de genoemde keerschotten (11) voorzien zijn van twee genoemde lippen (16) aan de genoemde eerste uitsparingen(14) , waarbij deze lippen (16) in onderling tegengestelde richting omgebogen zijn, uit het door het keerschot (11) gedefinieerde vlak.
10. 10. - Buizenwarmtewisselaar (1) volgens één van de conclusies 1 tot 8, daardoor gekenmerkt dat de genoemde keerschotten (11) voorzien zijn van twee genoemde lippen (16) aan de genoemde eerste uitsparingen ( 14), waarbij de lippen (16) in onderling gelijke richting omgebogen zijn, uit het door het keerschot (11) gedefinieerde vlak.
11. 11. - Werkwijze voor het op een gewenste afstand van elkaar aan elkaar bevestigen van keerschotten (11) van een buizenwarmtewisselaar (1), waarbij de keerschotten (11) voorzien zijn van één of meer eerste uitsparingen (14) voor het ontvangen van een één of meer bevestigingselementen (17} die minimaal de gewenste afstand overbruggen, waarbij de keerschotten (11) voorzien zijn van één of meer lippen (16} die aan een rand van een dergelijke eerste uitsparing (14) zijn aangebracht, daardoor gekenmerkt dat deze werkwijze de volgende stap omvat: - het ombuigen van de één of meer lippen (16) tot zij buiten het door het keerschot (11) gedefinieerde vlak steken.
12. 12. - Werkwijze volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat hierbij minimaal twee lippen (16) per genoemde eerste uitsparing (14) omgebogen worden, waarbij deze minimaal twee lippen (16) in onderling gelijke richting worden omgebogen.
13. 13. - Werkwijze volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat hierbij minimaal twee lippen (16) per genoemde eerste uitsparing (14) omgebogen worden, waarbij twee van deze minimaal twee lippen (16) in onderling tegenovergestelde richting worden omgebogen.
14. 14. - Werkwijze voor het vervaardigen van een buizenwarmtewisselaar (1) volgens één van de conclusies 1 tot 10, daardoor gekenmerkt dat deze werkwijze de werkwijze volgens één van de conclusies 11 tot 13 omvat.