NL8402154A - Warmteuitwisselbuis. - Google Patents

Description

* * 4 VO 6387

Titel : Warmteuitwisselbuis.

De uitvinding heeft betrekking op een warmteuitwisselbuis, bestaande uit een kernhuis en met een bij voorkeur spiraalvormige bedrading over de lengte van de kernhuis.

Dergelijke buizen zijn bijvoorbeeld als verwarmingsbuizen 5 bekend uit de prospectus van aanvraagster "Spirotherm. The heating element for low water temperature". Een cilindrische buis dient hierbij als dragerelement voor draadspiralen uit koper, welke met het mantelvlak van de kernhuis tot een eenheid zijn vastgesoldeerd en in de buisaslangsrich-ting gezien, een cirkelvormige doorsnede vormen. Het werkzame oppervlak, 10 d.w.z. het vlak, dat warmte aan de omgeving afgeeft, is een veelvoud groter dan bij bekende radiatoren. De behoefte aan water, dat door de kernhuis wordt geleid, is slechts zeer gering, weshalve het verwarmings-systeem snel aanspreekt. Zelfs bij slechts kleine verschillen tussen de temperatuur van de verwarmingseenheid en de deze omgevende lucht, wordt 15.' de lucht tussen de koperdraadspiralen in beweging gebracht. De verwarmde lucht stijgt naar boven en wordt door nastromende lucht vervangen, welke dan op zijn beurt door de draadspiralen verhit wordt.

Er ontstaat een luchtmassa-circulatie en, omdat steeds grote hoeveelheden lucht verwarmd worden, stellen zich goede verwarmingsresultaten reeds 20 bij een ten opzichte van de gewenste kamertemperatuur slechts onwezenlijk hogere temperatuur van de luchtstromen in. Een op winterbedrijf betrokken watertemperatuur van 50°C is voor de verwarming voldoende, hetgeen gelijktijdig betekent, dat het verwarmingssysteem in combinatie met zonnecellen of warmtepompen in bedrijf gesteld kan worden. De genoemde 25 resultaten zijn door proeven bevestigd.

Uit een aantal van dergelijke bedrade buizen kunnen ook warmte-uitwisselbundels met uitstekende eigenschappen vervaardigd worden, waarbij de buigen met de uit de omtrek ronde koperdraadspiralen hetzij in rechte of onderling verzette rijen aangebracht worden. In het eerste 30 geval bevinden de langsassen van de buizen zich steeds tegenover elkaar en in het andere geval zijn de langsassen van de betreffende onderste rij ten opzichte van de bovenste huizenrij over de halve diameter verzet en liggen dus precies in de door twee buizen gevormde ruimte. Door het verzet aanbrengen ontstaat een ruimtelijke winst van ongeveer 13,5%.

35 Een daarboven uitgaande vermindering van de behoefte aan ruimte is 8402154 -2- ί » met de bekende warmteuitwisselbuizen in elk geval niet mogelijk.

Voorts doet zich bij buizen met ronde bedradingsdoorsnede het geval voor, dat de tot een warmteuitwisselbundel samengevatte buizen in hoofdzaak slechts puntvormig, respectievelijk lijnvormig in de raak-5 punten met elkaar in contact komen, waardoor geen onderlinge ondersteuning bereikt kan worden. Dit leidt tijdens bedrijf vaak tot een onaangename zang- resp. pieptoon, veroorzaakt door lucht resp. andere, de warmteuitwisselbundel dwars doorstromende media. Voorts beginnen de verwarmingsbuizen vanaf een bepaalde lengte en bij een begrensde stroora-10 snelheid van het te verwarmen of af te koelen medium met toenemend hogere frequentie van de toon te trillen. Hierbij vervormen, resp. drukken de buizen op hun contactpunten in, zodat daartussen vrije openingen ontstaan, welke een sterker trillen toelaten, hetgeen snel tot een koude vervorming leidt en als gevolg daarvan een buisbreuk begunstigt. Om dit 15 gevaar te ondervangen, worden de gebundelde verwarmingsbuizen op relatief korte afstanden door dwarswanden ondersteund, waarbij echter de constructie gecompliceerd wordt en dientengevolge de kosten oplopen.

Aan de uitvinding ligt het probleem ten grondslag, de bovengenoemde nadelen te vermijden en met zo laag mogelijke constructieve kos-20 ten de behoefte aan plaats voor een warmteuitwisselbundel verder te verminderen.

Dit probleem wordt volgens de uitvinding door een bedrading met ten minste twee tegenover elkaar liggende vlakbereik opgelost, waarbij volgens een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding een 25 in de asrichting van de buis gezien, gelijkzijdige, zeskantige door-snedevorm van de bedrading wordt voorgesteld.

Volgens de uitvinding kan ook· een dubbele bedrading worden toe-gepast, welke uit een binnenste ronde bedrading en een aan de buitenzijde, gelegen, zeskantig geprofileerde bedrading bestaat.

30 Volgens een doelmatige uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt voorgesteld,dat een aantal zeskantige verwarmingsbuizen een wafelvormig samengestelde warmteuitwisselbundel vormt.

De uitvinding wijkt aldus af van de tot nog toe gebruikelijke ronde profielvorm en bereikt door de vlakke vlakbereiken onderling onder-35 steunende oplegvlakken, waardoor extra verstijvingen en steunen vervallen. In het bijzonder bij een wafelvormige uitvoeringsvorm van de zeskantig 8402154 * i * -3- geprofileerde verwarmingsbuizen tot een warmteuifwisselbundel wordt ten opzichte van de verzette plaatsing van ronde buisdoorsneden een verdere ruimtelijke winst van meer dan 20% verkregen. In verhouding tot dit percentage kan het binnenste, door water doorstroomde opper-5 vlak vergroot worden, zonder dat het totale volume,resp. de behoefte aan ruimte verhoogd moet worden.Bovendien ontstaat ook een warmtetechnisch voordeel, omdat de warmte via de met grote vlakken elkaar rakende vlak-bereikea van de bedrading onderling uitgewisseld kan worden. Dit bewerkstelligt een gelijkmatige temperatuurverdeling en mede een gelijkmatige 10 belasting van de afzonderlijke buizen van de warmteuifwisselbundel. Voorts is een in de asrichting van de buizen begrensde beweeglijkheid van de bedrading gewaarborgd, hetgeen tot een probleemloze door uitzetting veroorzaakte lengtevereffening bij het aanwarmen en afkoelen leidt. Bovendien vergemakkelijken de vlaktebereiken de bouw van een eenheid vormend draad-15 blok, dat in tegenstelling tot een lamellenblok het grote voordeel heeft, dat dit in elke richting turbulent door het te verhitten of af te koelen medium doorstroomd kan worden.

Volgens de uitvinding wordt verder voorgesteld, dat de warmte-uitwisselbuis als platte kernhuis met geprofileerde bedrading wordt uit-20 gevoerd. Hierbij worden alle draadspiralen, resp.-lussen evenwijdig en volledig in dwarsstroom aangeblazen. De weerstand is door de vlakke kernhuis tot een minimum verlaagd.

Uitvoeringsvormen van de uitvinding stellen voor, dat de verwarmingsbuis met ronde of. geprofileerde kernhuis spiraalvormig op de wijze 25 van een uurwerkveer of spiraalvormig op de wijze van een trekveer gebogen wordt. In het bijzonder bij haarspeldvormig gebogen warmteuitwisselbui-zen ontstaat het voordeel, dat een extra vloeistof-(water-)verzamelkast aan de tegenover de waterintrede gelegen uittreedzijde van de warmteuitwis-selbundel niet meer noodzakelijk is, waardoor de bouwkosten verder 30 verlaagd worden.

De vlakbereiken van de geprofileerde verwarmingsbuizen maken volgens een ander voorstel van de uitvinding het mogelijk, dat de in een warmteuitwisselbundel tegen elkaar aan liggende delen van een warmte-geleidende, metaallijm voorzien kunnen worden. Gelijke vlakdelen kunnen 35 ook droog, zonder tussenlaag tegen elkaar aangebracht worden, waarbij het verband vervolgens gebandageerd wordt.

8402154 -4- e a *

Dit kan bijvoorbeeld met opgetrokken omsluitingsbanden plaatsvinden. De vlakbereiken van de draadspiralen hebben een grote weerstand tegen vlaktedruk, zodat de orawikkelde banden een vaste verstijving waarborgen.

5 Tot een vast warmteuitwisselblok gelijmde of gebandageerde warmte- uitwisselbuizen, zoals verwarmingsbuizen, behoeven voor de inbouw en ter ondersteuning geen extra draagframes meer.

Het opnemen van buigkrachten en het vermijden van vervormingen kan ook worden bereikt door een een warmteultiisseIbunde 1 omsluitend frame, 10 alsmede tussenplaten tussen de naar elkaar toegekeerde vlakke delen.Op een U-vormig frame gezette klemmen werken daarbij ondersteunend.

Bij het maken van een cilindrische kernhuis of een vlakke kernhuis met een zeskantige, resp. tegenover elkaar liggende vlakbereiken bezittende bedrading, hetgeen door een stapsgewijs walsproces plaatsvindt, 15 worden de draadspiralen niet in elkaar geschoven, doch zij liggen vrij.

De spoed van de spiraal wordt in overeenstemming met de buigingsstraal zodanig gekozen, dat het solderen aan de voet van de spiraal, d.w.z. de verbinding tussen de spiraal en de buis door stuiken tijdens het buigen, d.w.z. aan de concave zijde, niet breekt. Aan de buitenzijde, d.w.z.

20 aan de convexe zijde bestaat op grond van trekbelastingen hetzelfde probleem, immers aldaar wordt niet gestuikt, doch gerekt, zodat ook hiervoor als grens voor de spoed de belastingsmogelijkheid afhankelijk van de straal geldt.

In de tekeningen zijn enkele nog te beschrijven uitvoeringsvormen 25 van de uitvinding weergegeven. Daarin tonen: fig. 1 een bekende verwarmingsbuis met ronde buitenbedrading; fig. 2 de door een cilindrische mantelbuis opgenomen, bedrade buis volgens fig. 1? fig. 3 de buis volgens fig. 2 met ronde buitenbedrading en 30 kopdraad; fig. 4 de verwarmingsbuis met aan de buitenzijde zeskantige be-- dradingsdoorsnede volgens de uitvinding; fig. 5 een andere uitvoeringsvorm van de buis volgens fig. 4; fig. 6 een zijaanzicht van de buis volgens fig. 5; 35 fig. 7 een wafelvormig samengestelde buizenbundel, bestaande uit een aantal zeskantige verwarmingsbuizen; 8402154

* V

-5- fig. 8 een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding met een vlakke buis en geprofileerde bedrading; fig. 9 een zijaanzicht van de buis volgens fig. 8; fig. 10 de doorsnede vaan een haarspeldvormig gebogen verwar-5 mingsbuis met een bovenst en een onderst vlakgedeelte; fig. 11 een zijaanzicht van de buis volgens fig. 10; fig. 12 het zijaanzicht van een haarspeldvormig gebogen vlakke buis; en ; fig. 13 een doorsnede door een tot'een verwarmingsblok samenge-10 drukte warmteuitwisselbuis volgens fig. 12, volgens de lijn XII-XII.

In fig. 1-3 zijn bekende, als geheel door 1 weergegeven warmte-uitwisselbuizen, hier verwarmingsbuizen, met ronde bedrading in verschillende fabricagefasen weergegeven. Volgens fig. 1 bestaat de bedrading uit afzonderlijke draden 2, welke van buiten op de cilindrische kernhuis 15 3 gesoldeerd zijn en als spiraal op hun beurt spiraalvormig op de buis gelegd kunnen zijn. Wanneer hierna van "draden" gesproken wordt, dan zijn . daaronder in het bijzonder ook draadspiralen te verstaan. Als draadmate-riaal is vanwege de goede warmtegeleidbaarheid aan koper de voorkeur gegeven. Volgens fig. 2 omhult een mantelbuis 4 de bedrade kernhuis 3 20 en volgens fig. 3 zijn op de mantelbuis 4 nogmaals draden gesoldeerd, welke aan hun buiteneinden door een kopdraad 5 onderling verbonden en derhalve verstijfd zijn.

Het bevestigen van de draden 2 kan ook geschieden, doordat de draden door de mantelbuis 4 geleid zijn en in de doorgangen worden vast-25 gesoldeerd. De opbouw volgens fig. 3 kan als uitgangsconcept voor een dubbele bedrading volgens de uitvinding worden beschouwd, zoals deze in fig. 4 is weergegeven.

De volgens fig. 4 zeskantig geprofileerde verwarmingsbuis 1 heeft een binnenste ronde bedrading 6, welke evenals het voorstel volgens .

30 fig. 2 de tussen de mantelbuis 4 en de kernhuis 3 gesoldeerde draden wordt gevormd. Aan de buitenzijde bevindt zich een in doorsnede zeskan-tige bedrading 7 met vlakbereiken 13, welke aan de omtrek door kop -draden 8 verstijfd is. De draden kunnen ook hierbij weer als een geheel zijn uitgevoerd en in doorgangen van de mantelbuis 4 gesoldeerd worden.

35 Ook is het mogelijk, over de draadeinden een met het gewenste profiel overeenstemmende holle buis te schuiven, welke in het voorbeeld volgens 8402154

J

f d o w -6- fig. 4 een zeskantige buis moet zijn en welke zich over de gehele lengte van de kernhuis uitstrekt.

Pig. 5 toont een verwarmingsbuis 1, waarbij de zeskantig geprofileerde bedrading 7 zonder een daartussen aanwezige mantelbuis direct op 5 de cilindrische kernhuis 3· gesoldeerd is. Een draadspiraal 9 bestaat hierbij uit open. spiraalgangen 12 (fig.6j . Bij een uitvoeringsvorm met open spiraalgangen 12 kan de kernhuis gemakkelijk gebogen worden.

Uiteraard kunnen de spiraalgangen 12 ook in elkaar worden geschoven, zodat de vlakbereiken 13 van de spiraalgangen 12 een een als eenheid 10 doorlopend vlakgedeelte vormen, zoals dit ook bij een opgetrokken, geprofileerde holle buis het geval is. Een aantal verwarmingsbuizen 1 met zeskantige doorsnede vormen volgens fig. 7 een warmteuitwisselbundel 14/, welke ruimtebesparend in de vorm van een wafel kan worden samengesteld, waarbij de vlakbereiken 13 van de afzonderlijke verwarmingsbuis 1 onder-15 ling een steun- en aanlegvlakken vormen.

Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 8 heeft de verwarmingsbuis 1 een vlakke kernhuis 15, welke ais draagelement voor aangesoldeerde draad 2 dient, welke als een geprofileerde bedrading 16 in de vorm van trapeziumvormige spiraalgangen 17 met zich hieruit resulterende grote boven-20 en ondervlakbereiken 13 uitgevoerd zijn (fig.9). Een vlakke kernhuis 15 kan bijzonder goed, b.v. in de vorm van een worm of spiraal, worden gebogen en tot een blok worden samengevat, waarbij in het bijzonder dan meerrijlge verwarmingsblokken 18 eenvoudig vervaardigd kunnen worden, bijvoorbeeld volgens fig. 12 een vierrijfg blok, wanneer de vlakke 25 kernhuis 15 in de vorm van een haarspeld gebogen wordt. De vlakke kernhuis 15 kan dan nog verder samengebogen zijn en -gedrukt worden, totdat aan dezelfde zijde van de vlakke kernhuis liggende vlakbereiken 13 elkaar raken. In deze toestand kunnen de vlakken aan elkaar vastgelijmd worden dan wel kan het blok als geheel met opgetrokken omsluitingsbanden geban-30 dageerd worden. De op de wanden .van de vlakke kernhuis 15 van. het ver-warmingsblok 18 uitgeoefende, door pijlen 26 verduidelijkte buig-krachten, kunnen volgens fig. 13 via de draadluspakketten 27 vormende bedrading op tussen naar elkaar toegekeerde vlakke gedeelten gezette tussenplaten 28 overgedragen worden. Het zijdelings uitzetten wordt, dan 35 door het verwarmingsblok 18 omvattend U-vormige frame opgenomen, welke aan de beide zijden op enige afstand van elkaar 8402154 -7- e * verdeeld aangebrachte klemmen 30 tegen uitbuigen beschermen. De strook-vormige klemmen 30 zijn daartoe aan één einde omgebogen en grijpen met de aldus gevormde haken om een flens van het U-vormige frame 29. Aan het overliggende einde verbinden schroeven de klemmen 30 met het 5 frame 29 en buigen de stand van de tot een verwarmingsblok 18 samengedrukte, resp. -getrokken vlakke kernhuis 15. Door het tussenvoegen van een plaat 28 wordt van de ene buislaag naar de andere de bedrijfsdruk tot op de buitenste wanddelen van het het gehele verwarmingsblok 18 omvattende frame 29 overgedragen.

10 Een haarspeldvorm ,welke aanliggende vlakke bereiken 13 geeft en aldus tot een gesloten blok 22 leidt (fig. 11) kan doelmatig ook uit een verwarmingsbuis 1 worden gebogen, zoals fig. 10 en 11 dit weergeeft.

Op een cilindrische kernhuis 3 bevindt zich hierbij een in hoofdzaak cilindrisch bedradingsprofiel 19, dat een bovenste en een onderste 15 afplatting van de cilinder heeft, welke de vlakbereiken 13 Vormen.

Haarspeldvormig gebogen verwarmingsblokken 18,22 verminderen de montage-kosten, omdat de watertoevoer 23 en de waterterugvoer 24 aan een en· dezelfde zijde van het verwarmingsblok 18, resp. 22 aangebracht worden. Een extra water verzamelkast, aan de andere zijde van het blok is bij deze 20 oplossing niet noodzakelijk.

8402154

Claims (14)

1. Warmteuitwisselbuis (1) bestaande uit een kernhuis (3,15) met een bij voorkeur spiraalvormige bedrading over de lengte van de kernhuis, gekenmerkt door een bedrading (7,15,19) met ten minste twee tegenover elkaar liggende vlakbereiken (13).

2. Warmteuitwisselbuis volgens conclusie 1, gekenmerkt door even wijdige, platte vlakbereiken (13).

3. Warmteuitwisselbuis volgens conclusie 1 of 2, gekenmerkt door een in buisasrichting gezien gelijkzijdige , zeskantige doorsnede-vorm van de bedrading.

4. Warmteuitwsselbuis volgens een of meer van de conclusies 1-3, gekenmerkt door een dubbele bedrading, bestaande uit een inwendige ronde bedrading (6) en een aan de buitenzijde gelegen, zeskantig geprofileerde bedrading (7) (fig.4) .

5,, Warmteuitwisselbuis volgens een of meer van de conclusies 1-4, 15 gekenmerkt door een bedrading, waarvan de spiraalgangen op hun beurt uit . in de vorm van een open draadspiraal (9) met bij voorkeur trapeziumvormige doorsnede bestaan (fig.6;9).

6. Warmteuitwisselbuis volgens een of meer van de conclusies 1-4, met het'kenmerk, dat de draadspiraal (9) in elkaar geschoven spiraal- 20 gangen (12) heeft.

7. Warmteuitwisselbuis volgens een of meer van de conclusies 1-6, gekenmerkt door een wafelvormig samengestelde warmteuitwisselbundel (14) uit een aantal zeshoekige verwarmingsbuizen (1) (fig.7).

8. Warmteuitwisselbuis volgens een of meer van de conclusies 25 Γ, 5 of 6, met het kenmerk, dat de warmteuitwisselbuis(1)' als vlakke kernhuis (15) met geprofileerde bedrading (16) is uitgevoerd (fig.8).

9. Warmteuitwisselbuis volgens een of meer van. de conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de warmteuitwisselbuis (1) spiraalvormig gebogen is.

10. Warmteuitwisselbuis volgens een of meer van de conclusies 1-8, gekenmerkt door een spiraalvorm van de warmteuitwisselbuis (1).

11. Warmteuitwisselbuis volgens een of meer van de conclusies 1-6 of 8, gekenmerkt door een haarspeldvorm van de warmteuitwisselbuis (1) .

12. Warmteuitwisselbuis volgens een of meer van de conclusies 1-11, 35 met het kenmerk, dat tegen elkaar aan liggende vlakke gedeeltes (13) 8402154 -9- van een warmtegeleidende metaalkleefstof voorzien zijn.

13. Warmteuitwisselbuis volgens een of meer van de conclusies 1-11, met het kenmerk, dat de vlakke gedeeltes (13) zonder tussenlaag tegen uivaar steunen en aansluitend de warmteuitwisselbuxzen (1) gebandageerd 5 worden.

14. Warmteuitwisselbuis volgens een of meer van de conclusies 1-13, gekenmerkt door een frame (29) dat de warmteuitwisselbundeis (14,18,22) omsluit met een tussenplaat (28) tussen de naar elkaar gekeerde vlakke delen (13). 10 is. Warmteuitwisselbuis volgens conclusie 14, gekenmerkt door een ü—vormig frame (29) met daarop gezette klemmen (30). 8402154