NL9402190A - Combinatie van ventilator, warmtewisselaar en behuizing. - Google Patents

Description

Combinatie van ventilator, warmtewisselaar en behuizing

De uitvinding ligt op het terrein van het thermisch behandelen van lucht. Bekend is een combinatie van een gebruikelijke ventilator, een bijvoorbeeld lamellen en buizen omvattende warmtewisselaar en een behuizing, waarin de ventilator en de warmtewisselaar zijn geaccommodeerd.

Een axiale ventilator geeft een min of meer cylindrische luchtstroom af, waarin de luchtdeeltjes zich in een min of meer helixvormige baan bewegen. De bekende combinatie van een axiale ventilator en een warmtewisselaar met in hoofdzaak vierkante dwarsdoorsnede vertoont als gevolg van deze stromingsvorm het nadeel, dat bepaalde delen van de warmtewisselaar niet of slechts in zeer gebrekkige mate in contact verkeren met de luchtstroom. Hierdoor laat het rendement van de bekende combinatie te wensen over.

Door de vorm van de bekende warmtewisselaar wordt de daar doorheen stromende lucht gedwongen, zich min of meer rechtlijnig voort te bewegen. Als gevolg daarvan wordt de bewegingsenergie, die correspondeert met de rotatiecomponent in de helixvormige stroming, gedissipeerd. In het bijzonder bij koelende systemen is dit een ongewenst effect.

Een corresponderend neveneffect is het ontstaan van turbulenties, wervelingen en geluidproduktie. Ook deze effecten verlagen het rendement. Bovendien kunnen ze tot hinder aanleiding geven.

Men zou kunnen overwegen, een bekende warmtewisselaar met vierkante, althans rechthoekige dwarsdoorsnede te combineren met een aantal tangentiële ventilatoren. In verband met de mogelijkheid, de bladen van een axiale ventilator aërodynamisch te modelleren ter verkrijging van een zeer hoog rendement, wordt er aan een axiale ventilator evenwel de voorkeur gegeven.

De uitvinding beoogt, een combinatie van een ventilator, een warmtewisselaar en een behuizing te bieden, die een zeer hoog rendement combineert met een zeer geringe geluidproduktie.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een dergelijke combinatie, die een zeer eenvoudige opbouw vertoont en relatief goedkoop kan worden vervaardigd. In verband met bovenstaande doelstellingen verschaft de uitvinding een combinatie van een ventilator, een warmtewisselaar en een behuizing,· welke ventilator omvat: een centrale naaf; een aantal met die naaf verbonden bladen, die zich althans min of meer in radiale richting uitstrekken, welke bladen een zodanige vorm bezitten, dat bij roterende aandrijving rond de hartlijn van de naaf een luchtverplaatsing optreedt; aandrijfmiddelen voor het roterend aandrijven van de bladen met de naaf rond de hartlijn van de naaf, welke warmtewisselaar omvat: een aantal op onderlinge afstand, bijvoorbeeld onderling in hoofdzaak evenwijdig, in één spiraalvorm of in hoofdzaak coaxiaal geplaatste, door medium doorstroombare holle panelen met een mediumtoevoer en een mediumafvoer; welke behuizing omvat: een huis met een buisvormige doorgang, waarin de ventilator en de warmtewisselaar zodanig zijn geplaatst, dat door de ventilator opgewekte luchtstroom de ruimten tussen de holle platen doorstroomt voor warmtewisselend contact via de wanden van die platen tussen de lucht in de luchtstroom en het de holle platen doorstromend medium.

Zeer eenvoudig en snel te vervaardigen is een combinatie van het beschreven type, waarin de holle panelen zijn uitgevoerd als één spiraalvormig opgewikkeld hol paneel.

Een uitvoering met een geringe stromingsweerstand vertoont de bijzonderheid, dat de panelen door ten minste één spruitstuk met een mediumleiding verbonden of verbindbaar zijn.

Bijvoorbeeld kan deze uitvoering het kenmerk vertonen dat een spruitstuk is uitgevoerd als een rij althans min of meer gealigneerde buizen, die aangrenzende panelen met elkaar verbinden.

Bij gebruik van een tweefasen-systeem, bijvoorbeeld bij een verdamper, kan de vloeistofleiding uitmonden in de onderste delen van de warmtewisselaar, terwijl de gasleidingen in de bovenste delen daarvan uitmonden.

Een zeer eenvoudige werkwijze voor het vervaardigen van een warmtewisselaar, die deel uitmaakt van de hiervoor genoemde combinatie omvat de volgende, in geschikte volgorde uit te voeren stappen: het in register op elkaar leggen van door lassen met elkaar verbindbare metalen platen; het door lokaal puntlassen over hun gehele oppervlak en over hun beide langsrandzones, bijvoorbeeld door rollassen, afdichtend met elkaar verbinden van die platen; het aanbrengen van mediumaansluitingen aan beide eindzones en het, bijvoorbeeld door rollassen, afdichtend met elkaar verbinden van die platen in die eindzones; het zodanig plastisch vervormen van het aldus verkregen paneel, dat het gemodelleerd wordt tot een aantal met onderlinge afstanden gerangschikte lagen, bijvoorbeeld het zig-zag vormen of het spiraalvormig opwikkelen van het aldus verkregen paneel, eventueel onder gebruikmaking van tussen de ontstaande lagen geplaatste afstandhouders; het via ten minste één mediumaansluiting toelaten van medium in de door het paneel begrensde ruimte, welk medium een zodanige druk bezit, dat de platen in de zones tussen de puntlassen en de randverbindingen onder plastische deformatie uiteenwijken; en het vervolgens vrijgeven van de aldus gevormde warmtewisselaar.

De uitvinding betreft tevens een warmtewisselaar, die met deze werkwijze is verkregen.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen. Hierin tonen: figuur 1 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een combinatie volgens de uitvinding, waarin de warmtewisselaar terwille van de duidelijkheid axiaal enigszins verschoven is; figuur 2 een met figuur 1 corresponderend aanzicht van een variant; figuur 3 de warmtewisselaar volgens figuur 1 op vergrote schaal; figuur 4 een perspectivisch aanzicht van een combinatie volgens de uitvinding voor toepassing in samenhang met een automotor; en figuur 5 een schematisch perspectivisch aanzicht van een inrichting voor het vervaardigen van de warmtewisselaar volgens figuur 2.

Figuur 1 toont een combinatie 1 van een ventilator 2, een warmtewisselaar 3 en een behuizing 4. Figuur 3 toont de warmtewisselaar volgens figuur 1 op vergrote schaal.

De ventilator omvat een centrale naaf 5 en acht met die naaf 5 verbonden aërodynamisch gevormde bladen 6, die zich althans min of meer in radiale richting uitstrekken, welke bladen een zodanige vorm bezitten, dat bij roterende aandrijving rond de hartlijn van de naaf 5 een luchtverplaatsing optreedt. De bladen 6 zijn met hun eindzones 7 verbonden met een ring 8, die via een aandrijfrol 9 door een motor 10 wordt aangedreven. De ring 8 wordt verder geleid door in de behuizing 4 verend aangebrachte leirollen 11,12.

De ventilator 2 is beschreven in aanvraagsters octrooiaanvrage met de titel "Ventilator", die op dezelfde dag als de onderhavige aanvrage bij de Nederlandse Octrooiraad is ingediend.

De warmtewisselaar 3 omvat een door medium doorstroombaar hol paneel 13 met een mediumtoevoer 14 en een mediumafvoer 15. Het holle paneel is, zoals figuur 1 en figuur 2 duidelijk tonen, opgewikkeld tot een spiraalvorm, waarbij de over elkaar liggende lagen van het paneel op ongeveer dezelfde onderlinge afstand zijn gerangschikt. Aldus vertonen de lagen een onderlinge vrije ruimte, waarin de door de ventilator 2 afgegeven min of meer helixvormig stromende lucht zich conform deze helixvorm door de warmtewisselaar 3 kan bewegen om warmte op te nemen uit, dan wel warmte af te staan aan, het door de mediumaansluitingen 14,15 en het paneel 13 stromende thermische medium.

De behuizing omvat een huis 16 met een buisvormige doorgang 17, waarin de ventilator 2 en de warmtewisselaar 3 zodanig zijn geplaatst, dat de door de ventilator 2 opgewekte luchtstroom de ruimten tussen de lagen van het holle paneel 13 doorstroomt voor warmtewisselend contact via de wanden van dat paneel 13 tussen de lucht in de luchtstroom en het het holle paneel 13 doorstromende medium.

De aandacht wordt er op gevestigd, dat ook in het centrale deel van de door de ventilator 2 afgegeven luchtstroming warmtewisselend contact tussen die luchtstroming en de warmtewisselaar 3 mogelijk is. De ventilator 2 vertoont, anders dan bekende axiale ventilatoren, geen relatief omvangrijke centrale naaf, maar. de naaf 5 heeft verwaarloosbare dwarsafmetingen. Hierdoor vertoont de afgeven luchtstroom in het centrale deel nagenoeg geen "dode zone". De warmtewisselaar 3 kan tot in het midden zodanig worden opgewikkeld, dat ook daar een goed warmtewisselend contact met de langsstromende lucht mogelijk is. Hierdoor geeft de combinatie volgens de uitvinding een extra ruimtewinst.

Figuur 2 toont een combinatie, die voor een belangrijk deel overeenstemt met de combinatie volgens figuur 1. In afwijking van figuur 1 zijn niet een mediumtoevoerleiding 14 en een mediumafvoerleiding 15 gebruikt, maar zijn de spiraalvormig gewikkelde, boven elkaar liggende lagen verbonden door respectieve spruitstukken, namelijk een onderste spruitstuk 31 en een bovenste spruitstuk 32. Deze spruitstukken zijn verbonden met de bijbehorende lagen van het spiraalvormig opgewikkelde holle paneel 13. Daar de warmtewisselaar 3 in deze uitvoering wordt gebruikt als verdamper bevat het onderste deel van elke winding van de spiraalvorm vloeistof, terwijl het bovenste deel gas of damp bevat. De spruitstukken 31 en 32 behoeven zich niet noodzakelijkerwijze in verticale richting uit te strekken.

Wel is van belang, dat ten minste één van de spruitstukken in het gas uitmondt.

Figuur 4 toont een combinatie 34 in een andere uitvoering. Deze omvat een ventilator 35, een warmtewisselaar 36 en een behuizing 37. De warmtewisselaar 36 omvat een met de ventilator 35 samenwerkend, spiraalvormig gewikkeld deel 38 en een zich in de vertoonde zig-zag vorm uitstrekkend deel 39. Deze uitvoering is geschikt voor gebruik in samenhang met automotoren. De vorm van de combinatie is aangepast aan de in het motorcompartiment van een auto overblijvende beschikbare ruimte. Het spiraalvormige deel 38 kan door middel van de ventilator 35 gedwongen lucht 40 aanzuigen voor koeling. Het zig-zagdeel 39 kan stromingslucht 41 doorlaten tijdens rijden.

Evenals in de uitvoering volgens figuur 2 is in de combinatie 34 volgens figuur 4 gebruik gemaakt van spruitstukken 42,43 voor respectievelijk het toevoeren en afvoeren van koelvloeistof voor de motor.

Figuur 5 toont, op welke wijze de warmtewisselaar 3 volgens de figuren 1 en 2 kan worden vervaardigd.

Van rollen 18,19 worden door lassen met elkaar verbindbare metalen platen, respectievelijk 20 en 21 afgewikkeld, zodanig, dat deze platen met hun langsranden op elkaar in register zijn gelegen.

Door middel van een schematisch aangeduide puntlasinrichting 22 worden de platen 20,21 gedistribueerd over hun hele oppervlak door puntlassen met elkaar verbonden.

Stroomafwaarts ten opzichte van de puntlasinrichting 22 worden de langsrandzones 23,24 van de platen 20,21 afdichtend met elkaar verbonden door middel van een rollas-inrichting 25. Door middel van een snijd-inrichting 26 worden de aldus gevormde panelen na het bereiken van een zekere lengte afgesneden voor het vormen van een volgend paneel. Door middel van niet-getekende middelen wordt het door de rollas-inrichting 25 afgegeven paneel opgewikkeld tot de getoonde spiraalvorm. Hierbij kan eventueel gebruik worden gemaakt van tussen de ontstaande lagen geplaatste afstandhouders. Deze afstandhouders zijn niet getekend.

De snijdinrichting 26 is tevens ingericht voor het door lassen afdichtend met elkaar verbinden van de dwarsrandzones ter verkrijging van gesloten eindranden. Zie figuur 2. Deze eindranden zijn aangeduid met respectievelijk 27 en 28.

Op de in figuur 2 aangeduide wijze zijn aan de eindranden 27,28 de mediumaansluiting 14,15 aangebracht. Via één van deze aansluitingen kan, nadat op de beschreven wijze het paneel geheel is opgewikkeld en afdichtend is, medium onder een zodanige druk in het paneel worden toegelaten, dat de platen 20,21 in de zones tussen de puntlassen 33 en de diverse randverbindingen, zoals de eindranden 27,28 en de langsranden 29,30 onder plastische deformatie uiteenwijken, waardoor een holte in het paneel ontstaat. Na deze bewerking is de warmtewisselaar 3 gereed om deel uit te maken van de combinatie volgens figuur 1.

De aandacht wordt er op gevestigd, dat binnen het kader van de uitvindingen ook andere vormen voor de warmtewisselaar mogelijk zijn. Dit is bijvoorbeeld een meander-vorm, een zig-zagvorm, dan wel een combinatie tussen verschillende vormen,

De uitvoering volgens figuur 2 kan nog worden gemodificeerd door gebruik te maken van gekoppelde buisstompen tussen aangrenzende paneel-lagen, die bijvoorbeeld in elkaar grijpen, aan elkaar zijn vastgelast, met elkaar zijn verbonden door solderen, lijmen, knellen of dergelijke. Op een te kiezen positie in de gekoppelde buisstompen kan een externe aansluiting zijn aangebracht.

Alle uitvoeringen met een dergelijk spruitstuk hebben gemeen, dat de spruitstukken tevens dienst kunnen doen als afstandselement.

De uitvinding maakt het gebruik van het zeer corrosiebestendige en goedkope roestvaste staal als materiaal voor de warmtewisselaar mogelijk, in plaats van de gebruikelijke combinatie van koper en aluminium. De dikte van bijvoorbeeld (0,3 ± 0,2) mm bedragen. Door deze geringe dikte is het staalplaat zeer gemakkelijk vervormbaar en op de in figuur 5 getoonde wijze wikkelbaar. De hiermee gekregen warmtewisselaar is zeer compact en heeft een zeer goede drukbestendigheid. Bij een dikte van 0,2 mm is de drukbestendigheid bijvoorbeeld aanzienlijk hoger dan 25 bar.

De combinatie volgens de uitvinding vertoont een groot scala aan toepassingsmogelijkheden. Bijvoorbeeld condensors, verdampers, autoradiatoren. Dergelijke toepassingen liggen bijvoorbeeld in het temperatuurtraject -30°C - +120°C. De combinatie volgens de uitvinding is vrij van problemen met thermische uitzetting, zoals differentiële expantie, die gepaard kan gaan met fretting, lekkages, enz..

Claims (6)

1. Combinatie van een ventilator, een warmtewisselaar en een behuizing; welke ventilator omvat: een centrale naaf; een aantal met die naaf verbonden bladen, die zich althans min of meer in radiale richting uitstrekken, welke bladen een zodanige vorm bezitten, dat bij roterende aandrijving rond de hartlijn van de naaf een luchtverplaatsing optreedt; aandrijfmiddelen voor het roterend aandrijven van de bladen met de naaf rond de hartlijn van de naaf, welke warmtewisselaar omvat: een aantal op onderlinge afstand, bijvoorbeeld onderling in hoofdzaak evenwijdig, in één spiraalvorm of in hoofdzaak coaxiaal geplaatste, door medium doorstroombare holle panelen met een mediumtoevoer en een mediumafvoer; welke behuizing omvat: een huis met een buisvormige doorgang, waarin de ventilator en de warmtewisselaar zodanig zijn geplaatst, dat door de ventilator opgewekte luchtstroom de ruimten tussen de holle platen doorstroomt voor warmtewisselend contact via de wanden van die platen tussen de lucht in de luchtstroom en het de holle platen doorstromend medium.

2. Combinatie volgens conclusie 1, waarin de holle panelen zijn uitgevoerd als één spiraalvormig opgewikkeld hol paneel.

3. Combinatie volgens conclusie 1, waarin de panelen door ten minste één spruitstuk met een mediumleiding verbonden of verbindbaar zijn.

4. Combinatie volgens conclusie 3, waarin een spruitstuk is uitgevoerd als een rij althans min of meer gealigneerde buizen, die aangrenzende panelen met elkaar verbinden.

5. Werkwijze voor het vervaardigen van een warmtewisselaar als gespecificeerd in conclusie 2, omvattende de in geschikte volgorde uit te voeren stappen: het in register op elkaar leggen van door lassen met elkaar verbindbare metalen platen; het door lokaal puntlassen over hun gehele oppervlak en over hun beide langsrandzones, bijvoorbeeld door rollassen, afdichtend met elkaar verbinden van die platen; het aanbrengen van mediumaansluitingen aan beide eindzones en het, bijvoorbeeld door rollassen, afdichtend met elkaar verbinden van die platen in die eindzones; het zodanig plastisch vervormen van het aldus verkregen paneel, dat het gemodelleerd wordt tot een aantal met onderlinge afstanden gerangschikte lagen, bijvoorbeeld het zig-zag vormen of het spiraalvormig opwikkelen van het aldus verkregen paneel, eventueel onder gebruikmaking van tussen de ontstaande lagen geplaatste afstandhouders; het via ten minste één mediumaansluiting toelaten van medium in de door het paneel begrensde ruimte, welk medium een zodanige druk bezit, dat de platen in de zones tussen de puntlassen en de randverbindingen onder plastische deformatie uiteenwijken; en het vervolgens vrijgeven van de aldus gevormde warmtewisselaar.

6. Warmtewisselaar, verkregen met de werkwijze volgens conclusie 5.