NO154935B

NO154935B - HEAT EXCHANGE.

Info

Publication number: NO154935B
Application number: NO830513A
Authority: NO
Inventors: Anthony Gerald Cooper; William Selly; David Charles Harvey
Original assignee: Fulton Ti Ltd
Priority date: 1982-02-16
Filing date: 1983-02-15
Publication date: 1986-10-06
Also published as: DK159217C; DK65183A; SE458393B; FR2521710B3; IT8347719A0; DK159217B; DE3305123C2; ES280891U; DE3305123A1; NO830513L; FR2521710A1; SE8300825D0; DK65183D0; SE8300825L; NO154935C; ES280891Y; IT1197575B

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en varmeveksler med et rør-formet element av den art som angitt i innledningen til krav 1 samt fremgangsmåte for å fremstille en varmeveksler med et rørformet element av den art som angitt i innledningen til krav 3. The present invention relates to a heat exchanger with a tubular element of the kind stated in the introduction to claim 1 as well as a method for producing a heat exchanger with a tubular element of the kind stated in the introduction to claim 3.

Varmeveksleren av den art som angitt i innledningen til The heat exchanger of the type specified in the introduction to

krav 1 er kjennetegnet ved at en rekke med tett anbrakte små fremspring er dannet på panelet langs det rørformede elementets bane.for å tilveiebringe punktkontakt mellom panelet og det rørformede elementet ved steder med avstand langs lengden av det rørformede elementet, idet det rør-formede elementet er sveiset til panelet ved nevnte steder. claim 1 is characterized in that a series of closely spaced small protrusions are formed on the panel along the path of the tubular element to provide point contact between the panel and the tubular element at spaced locations along the length of the tubular element, the tubular element is welded to the panel at the locations mentioned.

En rekke utragninger hhv. fremspring er fortrinnsvis dannet på panelet mot hvilke det rørformede elementet vil ligge ann når det er lagt oppå panelet for således å tilveiebringe punktkontakt med panelet ved steder med avstand langs dets lengde. For å tilveiebringe maksimal termisk kontakt mellom det rørformede elementet og panelet skulle kontaktpunktene mellom det rør-formede elementet og utragningene på panelet være så tett sammen som mulig. For å tilveiebringe dette kan en rekke tett anordnede små utragninger være anordnet langs banen til det rørformede elementet. Høyden på utragningene eller fremspringene skulle være tilstrekkelig for å opprettholde et lite kontaktområde mellom hvert fremspring og det rørformede elementet, selv om fremspringene er delvis sammenpresset i løpet av sveiseprosessen. Fremspringene skulle også være fremstilt tilstrekkelig brede for å sikre at de vil samvirke med det rørformede elementet selv om det foreligger varia-sjoner i dets bane på grunn av fremstillingstoleranser. A number of investigations or projections are preferably formed on the panel against which the tubular element will rest when placed on top of the panel so as to provide point contact with the panel at spaced locations along its length. In order to provide maximum thermal contact between the tubular element and the panel, the contact points between the tubular element and the protrusions on the panel should be as close together as possible. To provide this, a series of closely spaced small protrusions may be arranged along the path of the tubular element. The height of the protrusions or protrusions should be sufficient to maintain a small area of contact between each protrusion and the tubular member, even if the protrusions are partially compressed during the welding process. The protrusions should also be made sufficiently wide to ensure that they will cooperate with the tubular element even if there are variations in its path due to manufacturing tolerances.

De aktuelle størrelsene på fremspringene avhenger av de an-vendte materialer, men er i det vesentlige uavhengige av det rørformede elementets diameter. En konstruksjon av varmeutstrålende eller samlende panel kan følgelig bli anvendt ved et stort antall forskjellige rørformede elementers diameter. Overflaten til de rørformede elementene som samvirker med panelet kan alternativt bli utformet med bølger slik at når de blir lagt oppå en flat overflate til panelet vil der være punktkontakt mellom det rørformede elementet og panelet ved steder med avstand langs lengden av det rørfor-mede elementet. The relevant sizes of the protrusions depend on the materials used, but are essentially independent of the diameter of the tubular element. A construction of heat radiating or gathering panel can consequently be used with a large number of different tubular elements diameter. The surface of the tubular elements that cooperate with the panel can alternatively be designed with waves so that when they are laid on top of a flat surface of the panel there will be point contact between the tubular element and the panel at places spaced along the length of the tubular element.

Hvor fremspringene er utformet på panelet kan disse fortrinnsvis være dannét ved preging av foliematerialet ved å anvende presse eller valseteknikk. Bølgene i overflaten til det rørformede elementet kan på lignende måte bli dannet ved en presseoperasjon etter at det rørformede elementet har blitt anbrakt i den ønskede stillingen. Where the protrusions are designed on the panel, these can preferably be formed by embossing the foil material by using a press or rolling technique. The waves in the surface of the tubular element can be formed in a similar way by a pressing operation after the tubular element has been placed in the desired position.

Panelet kan være i form av et foliemateriale som er plant bortsett fra fremspringene som ligger ann mot rørelementet når disse blir anvendt. Panelet er imidlertid fortrinnsvis perforert og spesielt ventilert for å forbedre konveksjons-strømmen over dens flate. Disse perforeringene kan bli til-veiebrakt ved hjelp av en hver egnet metode forutsatt at det ikke medfører noen betydelig fortynning av foliematerialet rundt omkretsen av utskjæringen. Et ventilert panel kan f.eks. bli dannet ved å benytte en skjæreteknikk hvor et foliemateriale blir preget mellom et par matriser i en presse. Hvor fremspringene er anbrakt på panelet for å ligge ann mot det rørformede elementet kan disse bli dannet samtidig med perforeringen eller ventileringen. The panel can be in the form of a foil material which is flat apart from the protrusions which lie against the pipe element when these are used. However, the panel is preferably perforated and specially ventilated to improve the convection current over its surface. These perforations can be provided by means of any suitable method provided that it does not entail any significant dilution of the foil material around the perimeter of the cutout. A ventilated panel can e.g. be formed by using a cutting technique where a foil material is embossed between a pair of dies in a press. Where the protrusions are placed on the panel to lie against the tubular element, these can be formed at the same time as the perforation or ventilation.

Et ytterligere trekk ved foreliggende oppfinnelse innbefatter en fremgangsmåte av den art som angitt i innledningen til krav 1, hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 3 • A further feature of the present invention includes a method of the kind stated in the introduction to claim 1, the characteristic features of which appear in claim 3 •

Elektrodene kan være i form av langsgående seg strekkende stenger, som kan være klemt langs en rørformet elementlengde slik at det rørfor-mede elementet kan bli sveiset til panelet ved alle kontaktpunktene derimellom langs den lengden i en operasjon. Etter sveisingen av en lengde med det rørformede elementet til panelet vil elektrodene så bli beveget til tilliggende lengde osv. inntil hele det rørformede elementet har blitt sveiset til panelet ved alle kontaktpunktene langs lengden, The electrodes can be in the form of longitudinally extending rods, which can be clamped along a tubular element length so that the tubular element can be welded to the panel at all the contact points therebetween along that length in one operation. After welding a length of the tubular element to the panel, the electrodes will then be moved to the adjacent length, etc. until the entire tubular element has been welded to the panel at all contact points along the length,

av det rørformede elementet. Elektrodene kan alternativt være i form av valser slik at det rørformede elementet og panelet kan bli anordnet derimellom og sveiset sammen progressivt ettersom kontaktpunktene mellom det rørformede elementet og panelet passerer mellom elektrodene. of the tubular element. Alternatively, the electrodes may be in the form of rollers so that the tubular element and the panel may be arranged between them and welded together progressively as the contact points between the tubular element and the panel pass between the electrodes.

En utførelsesform av oppfinnelsen skal nå bli beskrevet ved hjelp av et eksempel med henvisning til medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et planriss av en del av kondensatoren til en kjølemaskin, utformet i samsvar med foreliggende oppfinnelse. An embodiment of the invention will now be described by means of an example with reference to accompanying drawings, where: Fig. 1 shows a plan view of part of the condenser of a cooling machine, designed in accordance with the present invention.

Fig. 2 viser et forstørret snitt langs linjen x-x på Fig. 2 shows an enlarged section along the line x-x on

fig. 1. fig. 1.

Fig. 3 viser et snitt i forstørret målestokk langs linjen Fig. 3 shows a section on an enlarged scale along the line

y-y y-y

Fig. 4 viser et planriss (i forstørret målestokk) av en modifisert form av varmeutstrålingspanelet som kan bli anvendt ved utførelsesformen vist på fig. 1. Fig. 5 og 6 viser alternative utførelser av fremspringene som kan bli anvendt i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. 7 viser en alternativ metode for å fastgjøre det Fig. 4 shows a plan view (on an enlarged scale) of a modified form of the heat radiation panel which can be used in the embodiment shown in fig. 1. Fig. 5 and 6 show alternative designs of the protrusions which can be used in accordance with the present invention. Fig. 7 shows an alternative method of fixing it

rørformede elementet til panelet. the tubular element of the panel.

Som vist på fig. 1 til 3 innbefatter en kondensator for As shown in fig. 1 to 3 include a capacitor for

en kjølemaskin et bøyd rør 10 med flere i hovedsaken parallelle rette forløp 11, sammenbøyd med kurveformede seksjoner 12. Et varmeutstrålende panel 13 er forsynt med flere rekker med tett anordnede fremspring 14, idet disse rekkene korres-ponderer i stilling med de rette løpene 11 til det bøyde røret 10, slik at de rette løpene 11 til røret 10 kan bli anordnet for å samvirke med fremspringene 14 for å tilveiebringe kontaktpunkt mellom røret 10 og panelet 13 ved steder med avstand langs rørets 10 lengde. Røret 10 er sveiset til panelet 11 ved kontaktpunktene derimellom for således å tilveiebringe termisk kontakt derimellom. Søyler med sjaluisi-ventilåpninger 15 er anordnet mellom hvert par av parallelle løp 11 til røret 10 for å forbedre konveksjonsstrømningen over panelet 13 og derved utlede varmen fra kjølemaskinen som strømmer gjennom røret 10. a cooling machine a bent tube 10 with several essentially parallel straight courses 11, bent together with curved sections 12. A heat radiating panel 13 is provided with several rows of closely arranged projections 14, these rows corresponding in position with the straight courses 11 to the bent pipe 10 so that the straight runs 11 of the pipe 10 can be arranged to cooperate with the protrusions 14 to provide points of contact between the pipe 10 and the panel 13 at spaced locations along the length of the pipe 10. The tube 10 is welded to the panel 11 at the contact points therebetween to thus provide thermal contact therebetween. Columns with louvre valve openings 15 are arranged between each pair of parallel runs 11 of the pipe 10 to improve the convection flow over the panel 13 and thereby dissipate the heat from the chiller flowing through the pipe 10.

For å frembringe kondensatorer av den ovenfor beskrevne typen blir panelet 13 først dannet av et foliemetall, idet rekkene med fremspring 14 og søylene med sjalusiventilåpninger 15 blir dannet ved preging av folie mellom et par matriser montert på motsatte plater til en presse. På denne måten kan foliematerialet bli indeksert mellom matrisene for å danne et fullstendig panel eller en kontinuerlig lengde med til-formet folie fra hvilke panelene med den nødvendige lengde kan bli kuttet. Det bøyde røret 10 blir så sett sammen med panelet 13 slik at det samvirker med fremspringene 14 og et løp 11 til røret 10 er klemt med en tilsvarende rekke med fremspring 14 på panelet 13, mellom et par seg i lengde-retningen strekkende elektroder, som dekker hele løpets 11 lengde. En strøm blir så ført mellom elektrodene slik at løper 11 til røret blir sveiset med.paneler 13 hvor det berører fremspringene 14. Kondensatoren blir så fremført gjennom sveisemaskinen inntil neste løpe 11 til røret 10 To produce capacitors of the type described above, the panel 13 is first formed from a foil metal, the rows of projections 14 and the columns of shutter valve openings 15 being formed by embossing foil between a pair of dies mounted on opposite plates of a press. In this way the foil material can be indexed between the dies to form a complete panel or a continuous length of shaped foil from which the panels of the required length can be cut. The bent pipe 10 is then assembled with the panel 13 so that it cooperates with the projections 14 and a barrel 11 until the pipe 10 is clamped with a corresponding row of projections 14 on the panel 13, between a pair of longitudinally extending electrodes, which covers the entire 11 length of the race. A current is then passed between the electrodes so that runner 11 until the pipe is welded with panels 13 where it touches the protrusions 14. The capacitor is then advanced through the welding machine until the next runner 11 to the pipe 10

ble klemt mellom elektrodene, så blir dette løpet 11 sveiset til panelet 13 og denne prosessen fortsetter inntil alle løpene har blitt sveiset til panelet 13. Sveisemaskinen kan alternativt være forsynt med flere par elektroder, hvert par korresponderende med en stilling til et løp 11 til det bøyde røret 10 og som dekker hele lengden av løpet 11 slik åt alle løpene 11 kan bli sveiset i en operasjon. Med lengre kondensatorer kan flere par elektroder kun ha en tilstrekkelig lengde for å dekke en del av hvert av løpene 11 til det rørformede elementet 10, og kondensatoren kan så bli gradvis fremført gjennom sveisemaskinen slik at suksessive lengder for hvert løp 11 blir sveiset til panelet 13. Ved et ytterligere alternativ kan sveisemaskinen være forsynt med elektroder i form av valser slik at hvert løp 11 til røret 10 og den tilliggende seksjonen til panelet 13 kan bli klemt mellom et par valser eller ruller og så ført mellom valsene slik at hvert kontaktpunkt mellom røret 10 og panelet 13 vil passere i tur og orden mellom valsene og en sveis vil bli dannet derimellom. was clamped between the electrodes, then this race 11 is welded to the panel 13 and this process continues until all the races have been welded to the panel 13. The welding machine can alternatively be provided with several pairs of electrodes, each pair corresponding to a position for a race 11 to the bent the pipe 10 and which covers the entire length of the barrel 11 so that all the barrels 11 can be welded in one operation. With longer capacitors, several pairs of electrodes may only be of sufficient length to cover a portion of each of the runs 11 of the tubular member 10, and the capacitor may then be gradually advanced through the welding machine so that successive lengths of each run 11 are welded to the panel 13 In a further alternative, the welding machine can be provided with electrodes in the form of rollers so that each run 11 of the pipe 10 and the adjacent section of the panel 13 can be clamped between a pair of rollers or rollers and then guided between the rollers so that each contact point between the pipe 10 and the panel 13 will pass in turn between the rollers and a weld will be formed between them.

Ved utformingen av fremspringene 14 på panelet 13 blir mate-riale forskjøvet slik at den totale lengden til folien langs rekken med fremspring 14 reduseres. Et resultat av denne forkortelsen, da sammenlignet med foliens kanter, som for-blir flate, vil panelet 13 ha en tendens til å bli vridd. Dette vridningsproblemet kan bli overvunnet eller redusert sert betydelig ved å anbringe slisser eller åpninger 20 When designing the protrusions 14 on the panel 13, material is displaced so that the total length of the foil along the row of protrusions 14 is reduced. As a result of this shortening, when compared to the edges of the foil, which remain flat, the panel 13 will tend to be twisted. This twisting problem can be overcome or significantly reduced by providing slots or openings 20

ved regelmessige intervaller langs hver rekke med fremspring 14 som vist på fig. 4. Disse slissene eller åpningene 20 vil åpne seg opp for å kompensere for den reduserte lengden på grunn av dannelsen av fremspringene 14. at regular intervals along each row of protrusions 14 as shown in fig. 4. These slits or openings 20 will open up to compensate for the reduced length due to the formation of the protrusions 14.

Som et alternativ eller som tillegg til bruken av slisser eller åpninger 20 kan orienteringen og/eller formen av fremspringene bli konstruert for å tiveiebringe en mer balansert anordning som vil gi redusert vridning av panelet. Fremspringene 21 kan f.eks. være anordnet i rekker langs banen til det rørformede elementet slik at hvert fremspring 21 er skråstilt i forhold til aksen til rekken som vist på fig. 5. As an alternative or in addition to the use of slots or openings 20, the orientation and/or shape of the protrusions can be designed to provide a more balanced arrangement which will provide reduced twisting of the panel. The projections 21 can e.g. be arranged in rows along the path of the tubular element so that each projection 21 is inclined in relation to the axis of the row as shown in fig. 5.

Med denne anordningen av fremspringene 21 kan vekslende rekker med fremspring 21 bli skråstilt i motsatt retning. Alternativt kan V-formet fremspring 22 være anordnet på tvers av banen til det rørformede elementet, idet toppene til suksessive fremspring blir rettet mot motsatte sider av banen til det rørformede elementet, som vist på fig. 6. With this arrangement of the protrusions 21, alternating rows of protrusions 21 can be inclined in the opposite direction. Alternatively, V-shaped projections 22 may be arranged across the path of the tubular element, the tops of successive projections being directed towards opposite sides of the path of the tubular element, as shown in fig. 6.

Panelformer av den ovenfor beskrevne typen kan bli fremstilt individuelt. Det er imidlertid foretrukket å danne slike paneler 13 av en rull med foliemateriale og kutte panelene til nødvendig lengde fra den formede folien eller platen. Panel shapes of the type described above can be produced individually. However, it is preferred to form such panels 13 from a roll of foil material and cut the panels to the required length from the formed foil or plate.

For å unngå dannelsen av skarpe kanter når platefolien blir kuttet er det nødvendig å sikre at kuttet blir gjort mellom suksessive sjalusiventilåpninger over platen. Dette er ekstremt vanskelig på en mekanisert basis og er nesten umulig når platen blir utsatt for den letteste vridning. To avoid the formation of sharp edges when the plate foil is cut, it is necessary to ensure that the cut is made between successive shutter valve openings above the plate. This is extremely difficult on a mechanized basis and is almost impossible when the plate is subjected to the slightest twist.

For å overvinne denne vanskeligheten kan ved regelmessige intervaller langs hver søyle med sjalusiventilåpninger 15 bli etterlatt et mellomrom 23 mellom tilliggende sjalusiventilåpninger 15 for således å tilveiebringe en flat stripe som strekker seg over hele bredden av platen. Platen kan så bli kuttet over i området til en av disse strimlene uten vanskeligheter for å tilveiebringe et panel 13 av ønsket lengde. To overcome this difficulty, a gap 23 can be left between adjacent shutter valve openings 15 at regular intervals along each column of shutter valve openings 15 to thus provide a flat strip extending over the entire width of the plate. The sheet can then be cut across in the area of one of these strips without difficulty to provide a panel 13 of the desired length.

Et problem med vridning eller vindskjevhet ved panelet 13 A warping or wind skew problem at panel 13

på grunn av dannelsen av rekker med fremspring 14 kan bli unngått ved å anbringe en bølget overflate 30 på det rør-formede elementet som vist på fig. 7. Det rørformede elementet 10 kan så bli satt sammen med panelet 13 slik at den due to the formation of rows of protrusions 14 can be avoided by placing a corrugated surface 30 on the tubular element as shown in fig. 7. The tubular element 10 can then be assembled with the panel 13 so that it

bølgende overflaten 30 samvirker med de flate delene til panelet 13 for å tilveiebringe kontaktpunkter derimellom ved steder med avstand langs lengden av det rørformede elementet 10. Det rørformede elementet 10 kan så bli sveiset til panelet 13 ved kontaktpunktene derimellom ved hjelp av en av metodene beskrevet ovenfor. the undulating surface 30 cooperates with the flat portions of the panel 13 to provide contact points therebetween at spaced locations along the length of the tubular member 10. The tubular member 10 may then be welded to the panel 13 at the contact points therebetween using one of the methods described above .

Kun overflaten 30 til det rørformede elementet 10, som skal samvirke med panelet 13 behøver å bli utført bølget. Disse bølgene kan bli dannet på vanlig måte ved preging av det rørformede elementet mellom platene til en presse og en egnet matrise montert på den motsatte platen etter at rørelementet 10 har blitt gitt den ønskede formen. Kriteriene som styrer dybden og stigningen på bølgene på overflaten 30 til det rørformede elementet 10 er det samme som de som er utslags-givende for tilsvarende størrelser for fremspringene dannet på panelet 13 ved de ovenfor beskrevne utførelsesformene. Only the surface 30 of the tubular element 10, which is to cooperate with the panel 13, needs to be made corrugated. These waves can be formed in the usual manner by embossing the tubular element between the plates of a press and a suitable die mounted on the opposite plate after the tubular element 10 has been given the desired shape. The criteria governing the depth and pitch of the waves on the surface 30 of the tubular element 10 are the same as those which are decisive for corresponding sizes of the projections formed on the panel 13 in the above described embodiments.

I tillegg må imidlertid bli tatt hensyn til at det sikres at bølgene ikke vesentlig forhindrer strømningen av varmeut-vekslingsfluidum gjennom de rørformede elementene. In addition, however, care must be taken to ensure that the waves do not significantly prevent the flow of heat exchange fluid through the tubular elements.

Forskjellige modifikasjoner kan bli gjort uten avvik fra oppfinnelsen, f.eks. er det ovenfor blitt beskrevet en anordning med anvendelse av bøyde rør 10, men formen på røre-ne kan bli variert som ønsket og/eller flere lengder av rør kan bli fastgjort til varmesamlings- eller utstrålings-panelet. Mens rørelementet beskrevet ovenfor er dannet av plane rør kan rør av ethvert dannet tverrsnitt bli anvendt og det er fordelaktig å anvende rør med ringformede eller langsgående sagtakkinger eller korrugeringer for således å tilveiebringe et større overflateområde. Mens det ovenfor er beskrevet anvendelse av panel med sjalusiventilasjons-åpninger kan naturligvis andre former for panel bli anvendt, f.eks. perforerte eller plane plater. Various modifications can be made without deviating from the invention, e.g. a device using bent tubes 10 has been described above, but the shape of the tubes can be varied as desired and/or several lengths of tubes can be attached to the heat collection or radiation panel. While the tube element described above is formed of flat tubes, tubes of any formed cross-section can be used and it is advantageous to use tubes with annular or longitudinal serrations or corrugations to thus provide a larger surface area. While the use of panels with shutter ventilation openings has been described above, other forms of panels can of course be used, e.g. perforated or flat plates.

Claims

1. Heat exchanger with a tubular element (10), which forms a closed channel through which a heat exchanger fluid can flow and a heat collecting or radiating panel (13) made of a sheet material of substantially uniform thickness characterized in that a series of closely spaced small projections (14 ) are formed on the panel (13) along the path of the tubular element (10) to provide point contact between the panel (13) and the tubular element (10) at locations with gaps along the length of the tubular element (10), the tubular the element (10) is welded to the panel (13) at the mentioned locations.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that slots (20) are arranged between the protrusions (14) at intervals along the row of protrusions (14).

3. Method for producing a heat exchanger with a tubular element forming a closed channel through which a heat exchange fluid can flow and a heat collecting or radiating panel produced from foil material of substantially uniform thickness, characterized by. that a series of closely spaced projections (14) are formed in the panel (13), the tubular element (10) being superimposed on the projections (14) so that there is point contact between the panel (13) and the tubular element (10) at places with a distance along the length of the tubular member (10), that the panel (13) and the tubular member (10) are then clamped together between a pair of electrodes and a current is applied to the electrodes to weld the tubular member (10) to the panel (13) by point contact between them.

4. Method according to claim 3, characterized in that a rod is used as one of the electrodes which is clamped along a length of the tubular element (10), so that when current is passed between the electrodes, the tubular element (10) will be welded to the panel (13) ) at all the contact points along that length.

5. Method according to claim 3, characterized in that rollers are used as electrodes, the tubular element (10) and the panel (13) being passed between the rollers so that they are clamped together and welded at the contact points between them.