NO126400B

NO126400B -

Info

Publication number: NO126400B
Application number: NO00191/70A
Authority: NO
Inventors: Franciscus Roffelsen
Original assignee: Naamlose Vennootschap Spiro Re
Priority date: 1969-01-20
Filing date: 1970-01-19
Publication date: 1973-01-29
Also published as: JPS5316136B1; US3740527A; FR2028730A1; SE397624B; DK139800C; DE1902575A1; DE1902575B2; JPS5551478B1; BE744613A; DK139800B; GB1252551A; NL155164B; NL7000499A

Description

Varmeveksler. Heat exchanger.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en varmeveksler som særlig er bestemt for oppvarming av boligrom og lignende oppholds-rom og som avgir sin varme over en skruelinjeformet på en rørformet bærer oppviklet trådvikling med trådvindinger som utstrekker seg vesentlig lengre i radiell retning enn i akseretning, og som avgir sin varme ved konveksjon til den luft som strømmer forbi vindingstråden. Ved kjente varmevekslere av denne type blir den i en ad-skilt oppbygget oppvarmingsdel tilveiebragte varme tilført over en flytende, gjennom rørledninger ført varmebærer og varmen blir avgitt til luften fra væsken over rørveggen og de på dennes utside pålodd-ede viklingsvindinger. The present invention relates to a heat exchanger which is particularly intended for heating living spaces and similar living spaces and which emits its heat over a helically wound wire winding on a tubular support with wire turns which extend significantly longer in the radial direction than in the axial direction, and which emits its heat by convection to the air flowing past the winding thread. In known heat exchangers of this type, the heat provided in a separately constructed heating part is supplied over a liquid heat carrier carried through pipelines and the heat is emitted to the air from the liquid over the pipe wall and the winding windings soldered on its outside.

Den oppgave som ligger til grunn for oppfinnelsen er å gjøre en varmeveksler av den foran omtalte type uavhengig av en ad-skilt varmekilde samt uavhengig av rørledninger som forbinder den med varmekilden, og å tilveiebringe varmen inne i seg selv av til-ført elektrisk energi. Derved skal det i interesse av en økonomisk fremstilling og størst mulig tilpasningsevne til de forskjellige formål være mulig med en kontinuerlig fremstilling, dvs. fremstilling av vilkårlig lange varmevekslere som senere kan oppdeles i passende lengder. The task underlying the invention is to make a heat exchanger of the aforementioned type independent of a separate heat source as well as independent of pipelines connecting it to the heat source, and to provide the heat within itself from supplied electrical energy. Thereby, in the interest of an economic production and the greatest possible adaptability to the various purposes, it shall be possible with a continuous production, i.e. the production of arbitrarily long heat exchangers which can later be divided into suitable lengths.

Denne oppgave blir løst ifølge oppfinnelsen ved at varmekilden består av en bøyelig til en strømkilde koblbar elektrisk motstandstråd som er viklet skruelinjeformet om bæreren. Motstandstråden som danner varmekilden kan bli viklet i umiddelbar nærhet av trådviklingens vindinger rundt bæreren og være varmeledende forbundet med vindingstråden, men kan også selv danne trådviklingen. This task is solved according to the invention in that the heat source consists of a flexible electric resistance wire that can be connected to a current source and is wound helically around the carrier. The resistance wire which forms the heat source can be wound in the immediate vicinity of the turns of the wire winding around the carrier and be heat-conductingly connected to the winding wire, but can also form the wire winding itself.

I første tilfelle er fordelaktig den isolerte motstandstråd tett omsluttet av en metallisk mantel, f.eks. av kobber- eller sølvtrådfletning og viklet mellom viklingsvindingene på bæreren og dens metalliske mantel er fordelaktig sammenloddet med de hosliggende vindinger på en slik måte at loddingen omslutter den fullstendig.. Isoleringen av varmetråden består av f.eks. et tynt fiber- eller kunststoffsjikt som påvirker varmegjennomgangen minst mulig og som er holdbart mot de bøyebelastninger som opptrer ved viklingen av varmetråden på den relativt tynne bærer. In the first case, the insulated resistance wire is advantageously tightly enclosed by a metallic sheath, e.g. of copper or silver wire braid and wound between the winding turns of the carrier and its metallic mantle is advantageously soldered together with the adjacent turns in such a way that the soldering completely encloses it. The insulation of the heating wire consists of e.g. a thin fiber or plastic layer that affects the heat transfer as little as possible and is durable against the bending loads that occur when the heating wire is wound on the relatively thin carrier.

Anvendelsen av et slikt varmeelement er særlig fordelaktig da på grunn av den store overflaten til trådviklingen og den hurtige varmeovergang fra denne til den forbistrømmende luft, ved anvendelsen av varmeveksleren for romoppvarming ikke er nødvendig at motstandstråden blir oppvarmet til mer enn ca. 60-100°C. I forhold til slike temperaturer er praktisk talt alle trådisoleringer av fiberstoffer og alkker holdbar. Det er til og med kjent trådhylst-ere som er meget godt isolerende selv i ekstremt tynne lag, og som er holdbare for meget høyere temperaturer, som f.eks. glassfibre eller visse kunststoffer, som også kan påføres i flytende form etter neddykkingsmetoden eller sprøytemetoden. I alle tilfelle anbefales det å velge en type isolering som har en god varmeledningsevne og innbefatter færrest mulige luftapninger. The use of such a heating element is particularly advantageous since, due to the large surface area of the wire winding and the rapid heat transfer from this to the passing air, when using the heat exchanger for space heating it is not necessary for the resistance wire to be heated to more than approx. 60-100°C. In relation to such temperatures, practically all wire insulations made of fibrous materials and alks are durable. There are even known wire sleeves which are very good insulators even in extremely thin layers, and which are durable for much higher temperatures, such as e.g. glass fibers or certain plastics, which can also be applied in liquid form using the immersion method or the spray method. In all cases, it is recommended to choose a type of insulation that has a good thermal conductivity and includes as few air openings as possible.

Den av en metallisk mantel tett omsluttende isolerte motstandstråd kan være viklet mellom de med tilsvarende innbyrdes avstand påførte viklingsvindinger, men kan også være viklet innen-for viklingstrådvindingene på bæreren og være sammenloddet over sin metallis.ke mantel med de umiddelbart hosliggende deler av vindingene på en slik måte at varmeovergangen virker mot en lavest mulig motstand. Til dette formål skal loddingen fullstendig omslutte varme-trådenes metalliske mantel. På denne måte oppstår en "varmebro" med relativt stort tverrsnitt og tilsvarende liten motstand. The insulated resistance wire tightly enclosed by a metallic jacket can be wound between the correspondingly spaced winding turns, but can also be wound within the winding wire turns on the carrier and be soldered together over its metallic jacket with the immediately adjacent parts of the turns on a such a way that the heat transfer works against the lowest possible resistance. For this purpose, the solder must completely enclose the metallic sheath of the heating wires. In this way, a "thermal bridge" occurs with a relatively large cross-section and a correspondingly low resistance.

Den av en metallisk mantel omsluttende isolerte varme-tråd kan imidlertid også være viklet over vindingene og være sammenloddet med omkretsde.lene til de bærende enkelte trådvindinger på samme måte. I dette tilfelle er varmetråden på en overordentlig fordelaktig måte behjelpelig til å oppnå en forstivning av den van-ligvis av meget tynne og myke, og følgelig lett bøybare tråder (kobber) bestående trådvikling. Trådviklingen er ved hjelp av varmetråden beskyttet mot deformeringer, slik de kan oppstå allerede ved fremstillingen av varmeelementer med varmevekslere ifølge oppfinnelsen, fremfor alt imidlertid ved transport og montering av disse varmeelementer, samt ved rengjøringen etter at de er satt i drift. However, the insulated heating wire enclosed by a metallic sheath can also be wound over the windings and be soldered together with the peripheral parts of the supporting individual wire windings in the same way. In this case, the heating wire is in an extremely advantageous way helpful in achieving a stiffening of the wire winding, usually consisting of very thin and soft, and consequently easily bendable wires (copper). By means of the heating wire, the wire winding is protected against deformations, as they can already occur during the production of heating elements with heat exchangers according to the invention, above all, however, during the transport and installation of these heating elements, as well as during cleaning after they have been put into operation.

En særlig enkel oppbygning av varmeveksleren ifølge oppfinnelsen og lavest mulige varmetap oppnås hvis selve trådviklingen består av den isolerte motstandstråd som danner varmekilden. Ved varmevekslere med vanlig lengde på ca. 1 m, og med en trådvikling av relativt tynn tråd på ca. 0,5 mm diameter kan ved spenningene til de vanlige strømforskyningsnett, trådviklingen til og med bestå av kob-bertråd. Ved mindre varmebehov og ved varmevekslere med mindre lengde er det som oftest tilstrekkelig med en motstandstråd av jern som tillater fremstillingen av særlig villige varmevekslere. I motset-ning til isoleringen av en med en kobbermantel omhullet motstandstråd som for unngåelse av luftåpninger skal være tettest mulig, kan isoleringen til den motstandstråd som danner trådviklingen være porøs og til og med gjennombrytninger, da den her bare tjener til forhindring av innbyrdes berøring av hosliggende trådvindinger og som beskyttelse mot ytre berøring. A particularly simple construction of the heat exchanger according to the invention and the lowest possible heat loss is achieved if the wire winding itself consists of the insulated resistance wire which forms the heat source. For heat exchangers with a standard length of approx. 1 m, and with a thread winding of relatively thin thread of approx. 0.5 mm diameter, at the voltages of the usual current biasing networks, the wire winding can even consist of copper wire. In the case of less heat demand and with heat exchangers of shorter length, it is usually sufficient to have a resistance wire made of iron, which allows the production of particularly willing heat exchangers. In contrast to the insulation of a resistance wire enveloped with a copper jacket, which must be as tight as possible to avoid air openings, the insulation of the resistance wire that forms the wire winding can be porous and even have breakthroughs, as here it only serves to prevent mutual contact of adjacent wire windings and as protection against external contact.

Er viklingstrådvindingene og viklingsvindingene innsatt med liten avstand til hverandre i overflaten til en bærer som består av et isolerende materiale, og er varmeveksleren omgitt av en beskyt- Are the winding wire turns and the winding turns inserted with a small distance from each other in the surface of a carrier consisting of an insulating material, and is the heat exchanger surrounded by a protective

telse mot berøring, kan det ved denne utførelsesform gis avkall på resistance to touch, this embodiment can be waived

en isolasjon av varmetråden. an insulation of the heating wire.

Fremstillingen av en slik varmeveksler er mulig på en-kei måte ved at trådviklingen blir viklet under trekkspenning på en ikke ledende bærer og deretter ved hjelp av et isolerende klebemiddel blit fastlagt eller at viklingen under trekk blir viklet på en bærer av termoplastisk kunststoff og den omviklede bærer på overflaten blir smeltet fast, f.eks. ved høyfrekvensoppvarming. The manufacture of such a heat exchanger is possible in one way by the wire winding being wound under tensile stress on a non-conductive carrier and then fixed with the help of an insulating adhesive or by the winding being wound under tension on a thermoplastic plastic carrier and the wrapped carrier on the surface is fused, e.g. by high-frequency heating.

Man kunne også tenke seg å benytte et metallisk bærerrør som oppvarmingsmotstand. På grunn av det relativt store tverrsnitt One could also imagine using a metallic carrier tube as a heating resistor. Due to the relatively large cross-section

og tilsvarende liten elektrisk motstand for dette rør er det da imidlertid ikke mulig med en direkte tilslutning til de vanlige strømfor-syningsnett, men det blir nødvendig med mellomkobling av en transfor-mator, som reduserer nettspenningen til en egnet og for øvrig ufarlig verdi. and correspondingly small electrical resistance for this pipe, a direct connection to the usual power supply network is not possible, but it becomes necessary to connect a transformer, which reduces the mains voltage to a suitable and otherwise harmless value.

På tegningen er det vist noen utførelseseksempler for varmeveksleren som danner oppfinnelsens gjenstand. The drawing shows some design examples for the heat exchanger that forms the object of the invention.

Fig. 1-viser i et lengdesnitt en del av en varmeveksler med en en rørformet bærer 2 skruelinjeformet viklet trådvikling 1 og en mellom de med liten innbyrdes avstand anordnede vindinger på bærer-røret 2 påviklet varmeelement 3, hvis motstandstråd kan tilsluttes en strømkilde og som tjener som varmekilde for trådviklingen. En utvendig på vindingene til trådviklingen 1 påviklet og med viklingstrådvindingene la sammenloddet tråd 10 avstiver viklingen 1 og holder vindingene 1 i jevn innbyrdes avstand. Fig. 1 shows in a longitudinal section a part of a heat exchanger with a tubular carrier 2 helically wound wire winding 1 and a heating element 3 wound between the closely spaced windings on the carrier tube 2, whose resistance wire can be connected to a power source and which serves as a heat source for the wire winding. A wire 10 wound on the outside of the windings of the wire winding 1 and soldered together with the winding wire windings stiffens the winding 1 and keeps the windings 1 at an even distance from each other.

Som det gremgår nærmere av fig. 2 og 3 består dette varmeelement 3 av motstandstråden 3a» en isolering 3b og en metallmantel 3c Metallmantelen 3c er sammenloddet med de mot denne vendte deler av viklingstrådvindingene la på en slik måte at loddemetallet h fullstendig omsluttet motstandselementet 3 og også i hvert fall delvis utfyller mellomrommene mellom hosliggende viklingstrådvindinger. Derved er man sikret at den i varmetråden 3a tilveiebragte varme nesten fullstendig blir ledet over i trådviklingen 1. As can be seen in more detail from fig. 2 and 3, this heating element 3 consists of the resistance wire 3a, an insulation 3b and a metal sheath 3c. The metal sheath 3c is soldered together with the parts of the winding wire windings la facing towards it in such a way that the solder metal h completely encloses the resistance element 3 and also at least partially fills the spaces between adjacent winding wire turns. This ensures that the heat provided in the heating wire 3a is almost completely conducted into the wire winding 1.

Utførelseseksemplet ifølge fig. 3 adskiller seg fra det på fig. 2 bare ved at den isolering 3b' som omgir varmetråden 3a' og metallmantenel 3c' er omformet til et ca. trekantet tverrsnitt, hvorved man har den mulighet at vindingene til trådviklingen 1 kan være anordnet med mindre avstand fra hverandre på bæreren 2. The design example according to fig. 3 differs from that in fig. 2 only in that the insulation 3b' which surrounds the heating wire 3a' and the metal mantle 3c' has been reshaped into an approx. triangular cross-section, whereby one has the possibility that the windings of the wire winding 1 can be arranged with a smaller distance from each other on the carrier 2.

Ved den i tverrsnitt viste varmeveksler ifølge fig. 4 In the heat exchanger shown in cross-section according to fig. 4

er viklingstrådvindingene la likeledes som vindingene til viklingen 1 med innbyrdes avstand 5 festet på en bærer 2a av isoleringsmateri-al, f.eks. ved hjelp av et isolerende klebemiddel, og varmeelementet 3" er viklet utvendig på vindingene til viklingen 1 og sammenloddet med hver vinding la til viklingstråden på tilsvarende måte som på the winding wire windings la as well as the windings of the winding 1 with a mutual distance 5 fixed on a carrier 2a of insulating material, e.g. by means of an insulating adhesive, and the heating element 3" is wound externally on the windings of the winding 1 and soldered with each winding added to the winding wire in a similar way as in

fig. 2 og 3. fig. 2 and 3.

Den utførelsesform, hvor trådviklingen selv består av varmetråden, er ikke nærmere illustrert. Oppbyggingen fremgår imidlertid av fig. 4 på tegningen, hvis man tenker seg at viklingstråden samtidig er varmetråden, og at det om trådviklingen viklede varmeelement 3" er erstattet med en tråd av et isolerende materiale som er sammenklebet med viklingstrådvindingene la og bare har som funk-sjon å avstive trådviklingen og å holde de enkelte trådvindinger la i avstand fra hverandre. The embodiment, where the wire winding itself consists of the heating wire, is not illustrated in more detail. However, the structure can be seen from fig. 4 in the drawing, if one imagines that the winding wire is also the heating wire, and that the heating element 3" wrapped around the wire winding has been replaced with a wire of an insulating material which is glued together with the winding wire turns la and only has the function of stiffening the wire winding and keep the individual wire windings at a distance from each other.

Fig. 5 og 6 viser et lengdesnitt og, et enderiss av en komplett for boligromoppvarming egnet varmeveksler (konvektor). Der er det bærerrjJr 2 (henholdsvis 2a) som bærer trådviklingen innspent mellom to innbyrdes like endestykker 7 av isolerende materiale, som er spent i forhold til hverandre ved hjelp av en metallstav 6. Hvert av endestykkene 7 bærer to stikkstifter 8 og 9, som sammen danner en normal-dobbeltstikkontakt, og av hvilke en blir tilsluttet varmetråden 3a og den andre blir ledende forbundet med staven 6. Varmetråden 3a til denne varmeveksler kan bli forbundet med begge ender over stikkstiften 8 til en strømkilde, hvorved strømtilførselen til en av stiftene 9 også kan gjennomføres ved hjelp av staven 6, den hosliggende stift 9 og en på disse stifter påsatt kortslutningsbro. Det kan imidlertid også bli sammenkoblet i parallell eller i serie flere slike varmevekslere ved hjelp av enkle hjelpemidler som koblings-muffer og kortslutningsbroer. Endestykkene 7 tjener samtidig til fastgjøring av varmeveksleren i et hus. Figs 5 and 6 show a longitudinal section and an end view of a complete heat exchanger (convector) suitable for residential space heating. There is the carrier 2 (respectively 2a) which carries the wire winding clamped between two identical end pieces 7 of insulating material, which are tensioned in relation to each other by means of a metal rod 6. Each of the end pieces 7 carries two plug pins 8 and 9, which together forms a normal-double socket, one of which is connected to the heating wire 3a and the other is conductively connected to the rod 6. The heating wire 3a of this heat exchanger can be connected at both ends via the plug pin 8 to a power source, whereby the power supply to one of the pins 9 also can be carried out with the help of the rod 6, the adjacent pin 9 and a short-circuit bridge attached to these pins. However, several such heat exchangers can also be connected in parallel or in series using simple aids such as coupling sleeves and short-circuit bridges. The end pieces 7 also serve to secure the heat exchanger in a house.

Claims

1. Heat exchanger, which emits its heat by convection to the air flowing past the winding wire over a helical on one tubular carrier wound wire winding with windings that extend in the radial direction significantly longer than in the axial direction, characterized in that the heat source consists of a flexible, to a current-source connectable electrical resistance wire (1,3) which is wound helically around the carrier (2,2a). ~

2. Heat exchanger•according to claim 1, characterized in that the resistance wire (3a) is tightly enclosed by a thin insulating layer (3b) and an outer metallic jacket (3c), wound between the windings of the wire winding (1) on the carrier (2) and that its metallic sheath (3c) is soldered together with the adjacent winding wire turns (la) in such a way that the solder (4) encloses it completely.

3- Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the insulated resistance wire (3a) enclosed by a metallic sheath (3c) is wound over the winding turns and that its metallic sheath (3c) is soldered together with the peripheral parts of the winding wire turns (la) in such a way that the solder completely encloses it.

4. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the wire winding (1) consists of the insulated resistance wire which forms the heat source.

5. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the wire winding (1) consisting of a bare resistance wire is wound under tensile stress on a carrier (2a) of insulating material and that the winding wire turns (la) separated from each other due to the tension are attached to the carrier using an insulating adhesive.

6. Heat exchanger according to claims 4 and 5) characterized in that the winding (1) formed of resistance wire under tensile stress is wound on a carrier (2a) of thermoplastic plastic and that the winding wire windings are spaced apart in the surface of the carrier melted by heating ( 2a).

7- Heat exchanger according to claims 1, 2 and 4-6, characterized in that the wire winding (1) is stiffened by means of a wire (10) of metal or insulating material wound on it and firmly connected to the winding wire turns.

8. Heat exchanger according to claims 1-7>characterized in that the carrier (2,2a) is clamped between two, by means of a central metal rod (6), mutually clamped end pieces (7), which end pieces each carry two plug pins (8 and 9), of which one (8) conductor is connected to a heating wire end and the other (9) to the rod (6).