NL1011440C1 - Warmtewisselaar. - Google Patents

Description

WARMTEWISSELAAR

De onderhavige uitvinding betreft een werkwijze voor het vervaardigen van een warmtewisselaar, een volgens deze werkwijze vervaardigde warmtewisselaar en een systeem voor temperatuurbeheersing van een verblijf, 5 waarin gebruik is gemaakt van ten minste één dergelijke warmtewisselaar.

De bekende warmtewisselaars, bijv. voor een verwarmingssysteem, omvatten aan elkaar gelaste zichtpla-ten en rugplaten met hiertussen een holle ruimte voor 10 lekkagevrije doorstroming van een warmteoverdrachtsflu-idum. De zichtplaat en de rugplaat zijn aan elkaar gelast door middel van een rolnaadlas.

De bekende techniek heeft als nadeel, dat de productietijd of cyclustijd per te vervaardigen warmte-15 wisselaar hoog is, omdat rolnaadlassen langs elke van de randen van de warmtewisselaars voor elke zijrand afzonderlijk moet plaatsvinden. Aldus moeten de rolnaadlasap-paratuur en de te vervaardigen warmtewisselaar na het bewerkstelligen van de rolnaadlas langs elke afzonderlij-20 ke rand van de te vervaardigen warmtewisselaar opnieuw ten opzichte van elkaar worden gepositioneerd om een rolnaadlas langs een volgende rand van de te vervaardigen warmtewisselaar aan te kunnen vangen. Een ander nadeel van de bekende techniek is, dat in het bijzonder bij de 25 hoeken van de te vervaardigen warmtewisselaars, waar de met rolnaadlassen aaneengesloten randen bij elkaar komen, de afwerking slordig is. In deze hoeken wordt de rolnaad-lasapparatuur gewoonlijk een aantal keer op-en-neer over de hoeken bewogen. Deze hoeken zijn niet mooi afgewerkt 30 en doen afbreuk aan de aantrekkelijkheid van het uiterlijk van de bekende warmtewisselaar, waardoor de bekende warmtewisselaar alleen maar als zodanig toepasbaar is.

U) 1 --4 0 3 2

Met de uitvinding is beoogd de bovengenoemde problemen van de bekende techniek weg te nemen, en hiertoe onderscheidt de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding zich ten opzichte van een bekende werkwijze, 5 door het met ten minste één laserlas om de ruimte heen laserlassen van de zichtplaat en de rugplaat aan elkaar vanaf de zijde van de rugplaat; en het beperken van de werkingsdiepte van de laserlas tot in de zichtplaat.

Het aanbrengen van de las is een kwestie van 10 het richten van de gefocusseerde laserbundel, hetgeen aanmerkelijk eenvoudiger te bewerkstelligen is dan het veranderen van de onderlinge positionering van een te vervaardigen warmtewisselaar en rolnaadlasapparatuur. Aldus is de cyclustijd verkort, of althans kort genoeg 15 voor interessante industriële toepassingen. Doordat vanaf de zijde van de rugplaat wordt gelast en doordat de laser een effect heeft tot een diepte, die is gelegen in de zichtplaat, maar niet nog voorbij het zichtoppervlak hiervan, wordt het aanzicht van de zichtplaat in het 20 geheel onaangetast gelaten. Er vindt geen enkele vervorming of beschadiging plaats van het zicht- of vooropper-vlak van de zichtplaat bij bevestiging van de zicht- en rugplaat aan elkaar, waardoor het uiterlijk van de warmtewisselaar aanzienlijk is verfraaid. Warmtewisselaars 25 (vervaardigd) volgens de onderhavige uitvinding hebben naast een onaangetast uiterlijk van de zichtplaat nauwkeurig bepaalde afmetingen zonder de bovengenoemde vervormingen en beschadigingen, waardoor andere toepassingen dan alleen als warmtewisselaar niet alleen vanwege het 30 verbeterde uiterlijk, maar tevens vanwege de op voorhand goed bekende pasvorm, mogelijk zijn.

Bij voorkeur is de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding gedefinieerd in conclusie 2. Door doorlopend een laserlasbewerking om de ruimte heen uit te 35 voeren is de cyclustijd nog verder verkort. Deze eigenschap is eenvoudig te verwezenlijken door eenvoudigweg de gefocusseerde laserbundel rond te bewegen.

' 1 1 i 4 0 3 - * * 3

Bij voorkeur is de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding gedefinieerd in conclusie 3, waarbij de rugplaat hydraulisch wordt vervormd door middel van een medium onder druk, welke druk voldoende is om de rugplaat 5 te vervormen. De laserlas is voldoende sterk om deze druk te weerstaan. Als alternatief of. als aanvulling kan de rugplaat op voorhand al enigszins zijn vervormd om de ruimte tussen de rugplaat en de zichtplaat te definiëren, waarbij eventueel aanvullend hydraulisch wordt vervormd. 10 In het bijzonder, wanneer de rugplaat en de zichtplaat een vergelijkbare sterkte of stijfheid hebben en vervorming van de rugplaat pas plaatsvindt na samenstelling van de zichtplaat en de rugplaat (het laserlas-sen), wordt met voordeel de maatregelen van conclusie 4 15 toegepast. Door inklemming van althans de zichtplaat en mogelijk ook de rugplaat, wordt de vorm van in ieder geval de zichtplaat in stand gehouden, zodat het met laserlassen bereikte, ten opzichte van rolnaadlassen verfraaide uiterlijk, in stand wordt gehouden. Er zijn 20 varianten op de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding mogelijk, waarbij de mal voor het in stand houden van ten minste de uiterlijke verschijning van de zichtplaat achterwege kan blijven. Bijvoorbeeld wanneer de zichtplaat een driemaal grotere dikte heeft dan de rug-25 plaat, zal een dergelijke mal niet nodig zijn.

Bij voorkeur worden de maatregelen van conclusie 6 bij een werkwijze volgens de onderhavige uitvinding toegepast. De puntlassen hebben geen invloed op het uiterlijk van het tegenover de rugplaat gelegen oppervlak 30 van de zichtplaat, en kunnen sneller worden bewerkstelligd dan laserlassen tussen de kanalen. Het laserlassen van de rugplaat aan de zichtplaat tussen de kanalen zou overigens de kostprijs verhogen, zodat het puntlassen tussen de kanalen een snelle en goedkope oplosing biedt, 35 zonder nadelige invloed op het vooroppervlak van de zichtplaat.

Verder worden bij voorkeur bij een werkwijze volgens de onderhavige uitvinding de maatregelen volgens , ? rf 4 conclusie 7 toegepast. Door de rugplaat slechts gedeeltelijk direct toe te passen voor het insluiten van de holle afgedichte ruimte voor doorstroming van warmteover-drachtsfluidum, en de resterende stroken op te zetten of 5 om te zetten, zodat ze zich haaks op het vlak van de zichtplaat uitstrekken, is een aanzienlijke versteviging bereikt. Aldus kunnen lichtere materialen worden gebruikt, zoals staal 37, aluminium of een aluminiumlege-ring.

10 Overigens is een warmtewisselaar (vervaardigd) volgens de onderhavige uitvinding zeer goed toepasbaar in een systeem voor temperatuurbeheersing van een verblijf, zoals een verwarmings- of een koelsysteem, zoals in conclusie 12 is gedefinieerd. In het bijzonder is de 15 warmtewisselaar dan bruikbaar in de duale functie als constructie-element en als warmtewisselaar. Een dergelijke duale functie heeft het voordeel, dat danwel een constructie-element kan worden bespaard, danwel een afzonderlijke warmtewisselaar. Deze toepassing is slechts 20 mogelijk door het op zich onaangetaste uiterlijk van de zichtplaat.

Wanneer de maatregelen van conclusie 13 in een systeem volgens de onderhavige uitvinding worden toegepast, en in het bijzonder de warmtewisselaar een paneel 25 van een systeemplafond vormt, is het hoogst wenselijk, dat geen condensatie optreedt aan de zichtplaat. De temperatuur van het gebruikte warmteoverdrachtsfluïdum moet aldus niet te laag zijn, en kan overeenstemmen met die van het drinkwaterleidingnet, bijvoorbeeld tussen 5 30 en 20°C, maar bij voorkeur tussen 10 en 15°C.

De diverse aspecten van de uitvinding zullen hieronder nader worden toegelicht aan de hand van een figuurbeschrijving in samenhang met de tekeningen, waarin: 35 fig. 1 een schematisch perspektivisch aanzicht toont van een systeem volgens de onderhavige uitvinding; fig. 2 een schematisch aanzicht in doorsnede toont van één van de warmtewisselaars uit fig. 1;

101 1 ·{ 4 fH

5 fig. 3 een aanzicht in doorsnede toont van een detail uit fig. 2; fig. 4 een aanzicht in doorsnede toont van een ander detail uit fig. 2; 5 fig. 5 een perspektivisch aanzicht toont van één van de schematisch in fig. 1 getoonde warmtewisselaars; en fig. 6 een schematisch aanzicht van een produc-tiewerkwijze volgens de onderhavige uitvinding.

10 In fig. 1 is een perspektivisch bovenaanzicht getoond van een systeemplafond 1, waarin warmtewisselaars 2 zijn verwerkt. Elke van de warmtewisselaars 2 is aangesloten op een toevoerleiding 3 en een afvoerleiding 4. Door de toevoerleiding 3 aangevoerd koelwater als warmte-15 overdrachtsfluïdum stroomt door de warmtewisselaars 2 heen en wordt afgevoerd via afvoerleiding 4. Het water doorloopt hierbij een zigzagpatroon door de warmtewisselaar 2 heen, zoals hieronder nader is beschreven.

De warmtewisselaars 2 zijn opgehangen in een op 20 zich bekend ophangsysteem voor het systeemplafond 1. Het ophangsysteem is op zich geen onderwerp van de onderhavige uitvinding, en nadere beschrijving hiervan zal hier achterwege worden gelaten.

Elke van de warmtewisselaars 2 omvat een zicht-25 plaat 5 en een rugplaat 6. De zichtplaten zijn aan de in fig. 1 naar onderen gerichte zijde volstrekt vlak, evenals naburige panelen 7, die geen warmtewisselaar zijn. Aldus verschillen de warmtewisselaars 2 in naar beneden gericht uiterlijk niet van naburige panelen 7, die op 30 zich gewoonlijk in het systeemplafond 1 zijn verwerkt.

De rugplaten 6 van de warmtewisselaars 2 zijn aan tegenover elkaar gelegen zijden voorzien van opstaande randen 8. Hiermee is de stevigheid of stijfheid van de warmtewisselaars 2 verbeterd.

35 In een alternatieve uitvoeringsvorm hebben de warmtewisselaars 2 meer of minder opstaande randen 8, afhankelijk van de gewenste toepassing. Eventueel kunnen 6 de opstaande randen 8 ook worden gebruikt om aangrijpingspunten te verschaffen voor een ophangsysteem.

In fig. 2 is één van de warmtewisselaars 2 uit fig. 1 in doorsnede getoond. De zichtplaat 5 is aanmerke-5 lijk dikker dan de rugplaat 6, en het in de figuur ondergelegen oppervlak van de zichtplaat 5 is geheel vlak, onaangetast en onbeschadigd, en heeft geen negatieve invloed ondervonden van de bewerkingen om de rugplaat 6 aan te brengen.

10 Tussen de zichtplaat 5 en de rugplaat 6 is de holle ruimte 11 gevormd. De holle ruimte 11 is verschaft door hydraulische vervorming van de rugplaat 6. De hydraulische vervorming heeft geen invloed op de zichtplaat 5, doordat de bij hydraulische vervorming gebruikte druk 15 hiertoe niet toereikend is. De uitgeoefende druk is slechts voldoende om de rugplaat 6 te vervormen.

Als alternatief of als aanvulling kan de rugplaat 6 op voorhand zijn vervormd om de in fig. 2 getoonde welvingen te vertonen. In dit geval is het voldoende 20 om rugplaat 6 aan de zichtplaat 5 te bevestigen met de laserlas, die hieronder in meer detail zal worden beschreven, om de holle ruimte 11 te vormen.

Wanneer de zichtplaat 5 dunner is uitgevoerd om het gewicht van de te vervaardigen warmtewisselaar te 25 verlagen, kan deze een nadelige invloed ondervinden, wanneer van hydraulische vervorming gebruik wordt gemaakt om de holle ruimte 11 te vormen. Schematisch is in fig. 6 een manier getoond om de relatief dunne zichtplaat 5 onvervormd te houden, terwijl de nagenoeg even dikke 30 rugplaat 6 wordt vervormd door middel van hydraulische vervorming. Hiertoe wordt een vlakke onderste mal 12 tegen de zichtplaat 5 aangedrukt, terwijl vanaf de bovenzijde een bovenste maldeel 13 tegen de rugplaat 6 wordt gedrukt. De bovenmal 13 vertoont richels 14, waartussen 35 de rugplaat 6 kan vervormen om de holle ruimte 11 te creëren. De zichtplaat 5 blijft onvervormd, doordat de druk in het binnenste van de ruimte 11 wordt weerstaan met behulp van het onderste maldeel 12. De positionering 7 van de richels 14 aan het bovenste maldeel 13 komt overeen met de lijnen, waarlangs puntlassen zijn aangebracht, zoals hieronder nader zal worden beschreven.

Het bovenste maldeel 13 past tussen de opstaan-5 de randen 8 van de rugplaat 6, die juist in de uitvoeringsvorm met een relatief dunne zichtplaat 5 dienen ter versteviging van de aldus gevormde warmtewisselaar.

In fig. 3 is een detail uit fig. 2 getoond.

Pijl A is een schematische aanduiding voor de inval van 10 de bij het laserlassen gebruikte gefocusseerde laserbundel, die resulteert in de laserlas 10. Hierbij wordt opgemerkt, dat de laserbundel bij voorkeur loodrecht ten opzichte van zichtplaat 5 invalt. De diepte van de laserlas 10 in de zichtplaat 5 is beperkt. Dat wil zeggen, dat 15 de laserlas 10 zich niet tot het in fig. 3 ondergelegen zichtoppervlak 16 van de zichtplaat 5 uitstrekt. De laserlas 10 is afdoende voor een adequate afdichting van de ruimte 11 tussen de zichtplaat 5 en de rugplaat 6, zelfs bij een druk in het warmteoverdrachtsfluïdum, dat 20 in gebruik van de warmtewisselaar door de holle ruimte 11 heen stroomt, van 10 bar of zelfs hoger.

Het blijkt duidelijk uit fig. 3, dat in tegenstelling tot rolnaadlassen, de opstaande rand 8 van de rugplaat 6 geen belemmering vormt voor de bevestiging van 25 de rugplaat 6 aan de zichtplaat 5. De opstaande rand 8 kan op voorhand geheel of gedeeltelijk zijn omgezet tot de in fig'. 3 getoonde stand ten opzichte van de zichtplaat 5.

Opgemerkt wordt, dat de laserlas 10 in een 30 doorgaande beweging van een hierbij gebruikte laser, symbolisch aangeduid met pijl A in fig. 3, wordt aangebracht. De in een enkele doorlopende beweging aangebrachte laserlas 10 is snel te verwezenlijken en vertoont bij de hoeken geen discontinuïteiten. Bovendien is de laser 35 voor het verwezenlijken van de laserlas zeer nauwkeurig te besturen, zowel in intensiteit als in richting, zodat een bevestiging van de rugplaat 6 aan de zichtplaat 5 mil 4 4 ο,η 8 afhankelijk van de gewenste sterkte, en andere parameters, op snelle wijze kan worden verwezenlijkt.

Voor bevestiging van de rugplaat 6 aan de zichtplaat 5 tussen de in de holle ruimte 11 gevormde 5 kanalen 17 wordt, zoals hierboven reeds is vermeld, gebruikt van puntlassen. Hierbij wordt een onderelektrode 18 tegen de zichtplaat 5 aangedrukt, en wordt de feitelijke puntlaselektrode 19 tussen de bovenbeschreven kanalen 17 in de holle ruimte 11 tegen de rugplaat 6 10 gepositioneerd. Door de puntlaselektrode in werking te stellen wordt de puntlas 15 gevormd. Opgemerkt wordt, dat de onderelektrode geen afdruk, aantasting of andere ongewenste invloed heeft op het zichtoppervlak 16 van de zichtplaat 5. Bij verwerking van een aldus gevormde 15 warmtewisselaar is geen enkel verschil waarneembaar met de hierboven in samenhang met fig. 1 beschreven panelen 7 van het systeemplafond 1.

Tussen de kanalen 17 wordt gebruikt gemaakt van puntlassen, omdat deze snel en eenvoudig zonder aantas-20 ting van het zichtoppervlak 16 aan te brengen zijn, terwijl een laserlas hier een relatief kostbare, maar niet onmogelijke optie is. Bovendien zijn de aan de afdichting tussen de kanalen 17 te stellen eisen veel geringer dan die in verband met de laserlas rondom de 25 ruimte 11, zodat ook met de puntlassen 15 kan worden volstaan.

' In fig. 5 is schematisch een perspektivisch aanzicht getoond van een warmtewisselaar 2 volgens de onderhavige uitvinding, die toepasbaar is in een systeem 30 voor temperatuurbeheersing van een verblijf, zoals in fig. 1 is getoond. Hiertoe stroomt warmteoverdrachtsfluï-dum, zoals koelwater, door de kanalen 17 heen, waarbij de kanalen 17 zijn gevormd tussen de rijen puntlassen 15, en de kanalen 17 gezamenlijk een holle ruimte 11 vormen 35 tussen de zichtplaat 5 en de rugplaat 6, en welke holle ruimte 11 is omringd met de laserlas 10. Het door de holle ruimte 11 en derhalve door de kanalen 17 heen stromende warmteoverdrachtsfluïdum kan een koelvloeistof 9 zijn. Als alternatief of afwisselend kan het echter ook een verwarmingsvloeistof zijn, waarbij de warmtewisselaar 2 deel uitmaakt van een verwarmingssysteem. Wanneer gebruik gemaakt wordt van koelvloeistof, kan deze vloei-5 stof onder druk staan. De laserlas 10 is in ieder geval afdoende om dergelijke druk te weerstaan en de ruimte 11 afgedicht te houden.

De temperatuur van de koelvloeistof dient niet dusdanig laag te zijn, dat condens tegen het zichtopper-10 vlak 16 van de zichtplaat 5 ontstaat. Hiertoe kan bijv. gebruik worden gemaakt van leidingwater met een temperatuur tussen 5 en 20‘C. Bij voorkeur echter is de temperatuur van de koelvloeistof bijv. tussen 10 en 15'C om condensvorming tegen het zichtoppervlak 16 te verhinde-15 ren. Desgewenst kan het systeem met warmtewisselaars (vervaardigd) volgens de onderhavige uitvinding een inrichting, zoals een verwarmingsinrichting, omvatten om te verzekeren, dat de temperatuur van de koelvloeistof niet te laag is. Een dergelijke verwarmingsinrichting 20 maakt het systeem ook geschikt om te worden gebruikt als verwarmingsinstallatie, waarbij de warmtewisselaars 2 dienst doen als verwarmingselementen. Desgewenst kunnen de warmtewisselaars ook worden aangesloten op een op zich gebruikelijk CV-systeem om dit doel te bereiken.

25 Tevens kunnen de warmtewisselaars (vervaardigd) volgens de onderhavige uitvinding op conventionele wijze aan muren worden gehangen, wanneer deze deel uitmaken van een verwarmingssysteem.

Vele andere alternatieven, variaties en moge-30 lijkheden zijn aanwezig binnen het kader van de onderhavige uitvinding, waarbij wordt opgemerkt, dat deze uitvinding niet is beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringsvormen, maar door de bijgevoegde conclusies. Zo kan worden afgezien van de opstaande randen 8, kunnen 35 verschafte opstaande randen 8 worden gebruikt om deel uit te maken van het ophangsysteem, kunnen nog aanvullende stralingsribben worden aangebracht aan de rugplaat, kan het zichtoppervlak van de zichtplaat nog zijn of worden 10 voorzien van een decoratie, desgewenst door vervorming waarmee zelfs nog een materiaalbesparing kan worden gerealiseerd (evenals verlaging van het gewicht van de warmtewisselaar) wanneer het een verspanende bewerking 5 betreft, etc.

10;· < 4'-! '

Claims (15)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een warmtewisselaar, omvattende: het ten opzichte van elkaar positioneren van een zicht-plaat en een rugplaat; 5 het verschaffen van een afgedichte holle ruimte tussen de zichtplaat en de rugplaat voor lekkagevrije doorstroming van een warmteoverdrachtsfluidum; het met ten minste één laserlas om de ruimte heen laser-lassen van de zichtplaat en de rugplaat aan elkaar vanaf 10 de zijde van de rugplaat; en het beperken van de werkingsdiepte van de laserlas tot in de zichtplaat.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, omvattende het doorlopend laserlassen van de zichtplaat en de rug- 15 plaat door het laspunt tijdens het laserlassen in een enkele doorgaande beweging rond de ruimte te verplaatsen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, omvattende het verschaffen van de ruimte door het hydraulisch vervormen van de rugplaat door toevoer naar de ruimte van 20 een medium onder een voor vervorming van de rugplaat voldoende hoge druk.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, omvattende het vormvast in een mal inklemmen van althans de zichtplaat tijdens het hydraulisch vervormen van de rugplaat.

5. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, omvattende het voorafgaand aan het laserlassen vervormen van de rugplaat, waarbij op voorhand de ruimte is bepaald.

6. Werkwijze volgens één van de voorgaande 30 conclusies, waarbij de holle ruimte een aantal parallel gelegen en onderling verbonden langgerekte kanalen omvat, verder omvattende het puntlassen van bevestigingen van de zichtplaat en de rugplaat tussen de kanalen.

7. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, omvattende het laserlassen op afstand van de omtrekrand van de rugplaat en het ter versteviging omzetten van de strook van de rugplaat tussen de las en de 5 omtrekrand onder een hoek ten opzichte van de zichtplaat.

8. Warmtewisselaar, althans omvattende een zichtplaat en een rugplaat met hiertussen een afgedichte holle ruimte voor in gebruik lekkagevrije doorstroming van een warmteoverdrachtsfluïdum, waarbij de zichtplaat 10 en de rugplaat met een laserlas aan elkaar zijn bevestigd.

9. Warmtewisselaar volgens conclusie 8, waarbij de zichtplaat en de rugplaat zijn vervaardigd uit een met laserlassen bewerkbaar materiaal, zoals die uit de groep, 15 welke althans staal 37, aluminium, een aluminiumlegering omvat.

10. Warmtewisselaar volgens conclusie 8 of 9, waarbij van de rugplaat een strook tussen de laserlas en de omtrekrand vrij is en ter versteviging van de warmte- 20 wisselaar is omgezet onder een hoek ten opzichte van de zichtplaat.

11. Warmtewisselaar volgens conclusie 8, 9 of 10, waarbij de holle ruimte een aantal parallel gelegen en onderling verbonden langgerekte kanalen omvat, waarbij 25 de zichtplaat en de rugplaat tussen de kanalen met punt-lassen zijn bevestigd.

12. Systeem voor temperatuurbeheersing van een verblijf, zoals een verwarmings- of een koelsysteem, omvattende leidingen voor toe- en afvoer van een een 30 warmteoverdrachtsfluïdum en ten minste één met de leidingen verbonden warmtewisselaar volgens één van de conclusies 8 tot en met 11, waarbij het zichtbare deel van de zichtplaat van de warmtewisselaar onaangetast is door een constructieve bewerking en het uiterlijk heeft van een in 35 het verblijf gebruikt constructie-element, zoals een paneel van een systeemplafond.

13. Systeem volgens conclusie 12, omvattende een bron van koelvloeistof, waarop de leidingen zijn aangesloten.

14. Systeem volgens conclusie 13, waarbij de 5 bron van koelvloeistof een medium bevat met een temperatuur, die is gelegen tussen 5 en 20°C, zoals het drinkwaterleidingnet .

15. Systeem volgens conclusie 14, waarbij de bron van koelvloeistof een medium bevat met een tempera- 10 tuur, die is gelegen tussen 10 en 15‘C. 10 'i · 4 4 0¾