NO793600L - Element for en varmeveksler. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et element for en varmeveksler, som er anordnet for varmeveksling mellom omgivelsen og en væske, med minst en varmevekslingsflate, som er båret av minst ett for opptak av væske anordnet rør og er med dette i varmeledende forbindelse.

Et kjent element av denne typen har et sentralt anordnet rør, som på begge sidene har varme kollektor vinger i form av blikkplater, som opptar omgivelsesvarmen, som f.eks.

sol og/eller luftvarmen, og avgir den til den i røret strømmende varmebærer. Hertil er det nødvendig med. en godt varmeledende forbindelse mellom rør og varmevekslerflate. Dette fører i midlertid til vanskeligheter ved langstrakte elementer, da utvidelsesforskjellen mellom den varme varmevekslerflaten og det kaldere av varmebæreren gjennomstrømte rør kan føre til kasting og deformering av elementet såvel som ødeleggelse av forbindelsesstedet mellom røret og varmevekslerflaten. Denne faren er spesielt tilstede ved store materialbetingede for-skjeller i varmeutvidelseskoeffisienten til varmevekslerflaten og røret.

Oppgaven til foreliggende oppfinnelse er således

å frembringe et element av den typen som angitt i innledningen, slik at det på tross av god varmeledende forbindelse mellom røret og varmevekslerflate ved vilkårlig lengde og vilkårlig materialvalg med hensyn til røret og varmevekslerflaten ikke underkastes kastninger, skjevheter eller rissdannelser av forbindelsesstedet. Dessuten skal elementet ved enkel og dermed kostnadsgunstig oppbygning være universalt anvendbart og spesielt være egnet for anbringelse på bratte tak eller til dekking av slike tak.

Løsningen av denne oppgaven består ifølge oppfinnelsen deri at varmeutvekslingsflaten er utformet av flere i en rekke ved siden av hverandre anordnet på rør festede plateelementer, som dekker hverandre i tilhverandre grensede områder.

Varmevekslerflaten er også sammensatt av flere

ved siden av hverandre anordnede plateelementer, som hver for seg er festet godt varmeledende på røret, slik at det ved over-gangsstedet fra et til et annet platéelement er tilstede ut-ligningsmuligheter for forskjellige materialutvidelser av rør

og varmevekslerflate. Skjevheter, kasting eller riss i festet mellom røret og plateelementet blir således unngått og den skjell-aktige overdekkingen av de enkelte plateelementene gir en sluttet eventuelt regntett varmevekslerflate av maksimal størrelse ved gitt omriss.

Overdekkingen av de enkelte plateelementene utgjør omtrent 3cm til 10cm, og det seg derved tilsluttende på røret festede område av plateelementene har en lengde på ca. 20cm til 50cm, slik at den totale lengden av et platéelement er ca. 23 til 60cm. For å fastlegge dimensjonen må en ta hensyn til størrelsen av utvidelsesforskjellen mellom material til røret og varmevekslerflaten, ved større utvidelsesforskjeller,

som f.eks. er tilfellet ved et rør av stål og et platéelement av aluminium, kan som normverdi for den maksimale festeléngden av plateelementet på røret bli vastlagt en verdi på omtrent 30

til 40cm. Denne normverdien gjelder, dersom den har mening,

for samtlige utførelseseksempler.

I de enkleste tilfeller består plateelementet

av i det vesentlige jevne, fortrinnsvis firkantede blekkplater, fordelaktigere er det imidlertid ifølge kravene 2 og 3, og gi plateelementene bølgeform. Herved blir varmevekslerflaten for-størret og den mekaniske stabiliteten øket.

En videreføring av den bølgeformede utførelsesformen kan spesielt være fordelaktig med omsyn til de estetiske kravene, og kan bestå deri at mellom tilliggende bølger er anordnet respektive flate forbindelsesflater.

Et element, som tillater oppbygningen av en passende varmeveksler, er ifølge en ytterligere utførelsesform ifølge oppfinnelsenkarakterisert vedflate plateelementer, som henholdsvis i overdekkingsområdet har avkanting, hvorved det overdekkende platéelement ved sin respektive ende har en første avkanting som peker mot det overdekte plateelementet, hvorved det overdekte plateelementet har en andre avkanting, som er rettet på det overdekte element.

Herved kan mellom den første avkantingen og den andre avkantingen være anordnet mellomrom, inn i hvilke ved den første avkantingen rager anordnede tredje avkantinger, som er rettet mot den andre avkantingen og ligger på det overdekkede plateelementet.

For å feste plateelementet i overdekkingsområdet til hverandre kan ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen på det overdekte plateelementet være anordnet henholdsvis minst en haltetunge, hvilke griper over den tredje avkantingen og fortrinnsvis trykker denne mot det overdekte platéelement.

En spesiell foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er angitt i kravene 10 til 13. Ifølge disse kravene kan i overdekningsområdet til de fortrinnsvis flate plateelementene være anordnet henholdsvis en spalte, som er utformet mellom en oppbøyning av det overdekkende plateelementet og det overdekte plateelementet. Herved er plateelementet i det vesentlige flatt.

Det er herved anbefalingsverdi at oppbøyningen forløper under en slik vinkel til plateelementet at ved hellede anordninger av varmevekslerplatene, f.eks. på et bratt tak eller ved anvendelse som et bratt tak, renner regnvannet fra oppbøy-ingen, som viser en retning av det bratte takets helling, uten oppdemning.

For å sikre overdekningsområdet mot irintregning

av regnvann, er det en fordel når oppbøyningen har en nærmest parallell til overdekte enekeltelement forløpende forlengelse, hvorved ved enden av forlengelsen (henholdsvis oppbøyingen)er anordnet en mot overdekkede enkeltelementpekende vann-nese.

En videre utførelsesvariant av oppfinnelsen, som tilfredsstiller de estetiske omsynene og dermed er spesielt egnet for tildekning av bolighus, er kjennetegnet ved at de fortrinnsvis flate plateelementene har henholdsvis på den tvers til overdekningsområdet forløpende endeområde profileringer,

som er anordnet for tilslutning av tilliggende plateelementer,

og dannet ved avkanting. Herved kan på enkel måte den første profileringen bestå av en U-formet renne og den andre profileringen av en tilnærmet form av en L, hvis horisontale ben for inngripning i rennen til det tilliggende plateelementet er avstemt med hensyn til lengden på lysåpningen til rennebunnen.

Spesiell god varmeopptagelse og billig totalopp-bygning er tilstede når plateelementene består av aluminium og røret av stål..

Videre fordelaktige og anbefalingsverdige kjenntegn ved oppfinnelsen fremgår av den følgende beskrivelsen av ut-førelseseksempelet i sammenheng med de skjematiske tegningene, hvor: figur 1 viser et element ifølge oppfinnelsen med flate elementer i perspektivsnitt,

figur 2 viser detaljen II på figur 1 i sideriss og i en forstørret målestokk,

figur 3 viser en utførelsesvariant av platene vist

på figur 1 med bølgeformede plateelementer i perspektivsnitt,

figur 4 viser en andre utførelsesform av bølge-formede plateelementer i et perspektivriss,

figur 5 viser i perspektiv et element ifølge oppfinnelsen med flate plateelementer og avkanting i overdekningsområdet,

figur 6 viser detaljen VI på figur 5 i et perspektivisk snitt og i større målestokk,

figur 7 viser en ytterligere utførelse av elementet ifølge oppfinnelsen i en perspektivisk fremstilling,

figur 8 viser detaljen VIII på figur 7 i et sideriss og i en forstørret målestokk,

figur 9 viser en utførelsesform av den viste enkelthet på figur 8,

figur 10 viser et element ifølge oppfinnelsen med platéelement, som har sideliggende profileringer,

figur 11 viser detaljen XI på figur 10 i forstørret målestokk,

figur 12 viser detaljen XII på figur 10 i en for-størret målestokk,

figur 13 viser forbindelsesmulighetene mellom et rør og et platéelement i et lengderiss, og

figur 14 viser et tverrsnitt gjennom gjenstanden

på figur 13 langs snittlinjen XIV-XIV.

Like deler er på de enkelte figurene betegnet med samme henvisniirgstall.

Elementet på figur 1 har tre i det vesentlige

flate plateelementer 20 med firkantet form, hvor plateelementet danner varmevekslerflaten 34. Ved til hverandre grensende området overdekker de enkelte plateelementene 20 seg skjellaktig og danner overdekningsområdet 22. Sammenholdingen av elementet blir bevirket gjennom røret 24, som forløper på undersiden av elementet, og til hvilke er festet de enkelte plateelementene 20 henholdsvis gjennomgående og godt varmeledende. Som det. fremgår av figur 1 er plateelementene 2 0 således ved siden av hverandre anordnet at deres langsgående sider overdekker seg hvorved de rette rørene forløper noenlunde parallelt med smalsiden til plateelementet 2 0 og er jevnt fordelt anordnet. Avstanden mellom rørene er ca. 10 til 30cm, og profilen til røret kan v#re vilkårlig, men er fortrinnsvis imidlertid rund.

Figur 2 viser overdekningsområdet 22 som en detalj sett fra siden og i forstørret målestokk. Ifølge figur 2 har i overdekningsområdet 22 det overdekkede platéelement 201 en utbukning 26, som griper over det overdekkede platéelement 202

og ligger på dette. Herved er mellom roten 28 til utbukningen 26 og enden til det overdekkede plateelementet 202 anordnet et mellomrom 32. Ved en lengde på utbukningen 24 på fortrinnsvis

3 til 10 cm er lengden av mellomrommet 32(i rørretningen) ca.

1 til 3 cm.

Utstrekningen av. plateelementet 20 i retning av

den langsgående firkantside, altså på tvers i retningen av det rette røret 24, kan være vilkårlig, mens lengden av den korte firkantsiden, som viser en-retning av røret 24, er bestemt av utvidelsesforholdet til røret 24 og plateelementet 20. Ved større utvidelsesforskjell, som kan være betinget ved f.eks. det anvendte materialet og/eller ved betraktelige temperatur-forskjeller mellom plateelementet. og det av varmebæreren 24 gjennomstrømte rør, kan den kortere siden til plateelementet ikke være så lang for å unngå en kasting, skjevhet eller indre spenning i forbindelsesområdet mellom røret og plateelementet. Ved anvendelse av aluminiumblikk (tykkelse ca. 1 til 3mm) for

plateelementet 20 og stål på røret 24 (ytre diameter fortrinnsvis 10 til 15mm) kan normalverdien for den korte siden til plateelementet bli angitt med en lengde av maksimal ca. 0,4 til 0,5mm, hvorved denne verdien omfatter utbukningen 24, hvis lengde kan være ca. 3 til lOcm. For utstrekningen av mellomrommet 32 i retningen av røret 34 kan en normalverdi fra l.til 3 cm bli antatt.

For å kunne oppta omgivelsesvarme med et slikt element, f.eks. for oppvarming, blir dette anordnet på utsiden av bygningen og spesielt i solbestrålte områder. Da elementet danner en lukket flate, kan det fortrinnsvis bli anvendt i stedet for f.eks. teglstein for dekkingen av bygningen, hvorved det kan være anordet flere ved siden av hverandre anordnede elementer, som er forbundet fra en tett med heverandre ved hjelp av mellom-stykker. Enden til røret 24 blir tilsluttet en samleledning, hvilke overtar tilførselen og bortføringen av en varmebærer, f.eks. vann. Den av plateelementene 20 dannede varmevekslerflate opptar omgivelsesvarme leder denne til røret 24 og den gjennomstrømmende varmebærer fører den opptatte varmen til varme-anlegget. Er herved varmebæreren svært kald (f.eks. under ute-lufttemperaturen ) som er tilfellet ved innkoplingen av elementet i et varmepumpekretsløp og blir varmevekslerflåtene utsatt for solbestråling , dvs. forholdsvis høy temperatur (ca. 65°C),

så oppstår en utvidelsesdifferanse som blir tilsvarende for-sterket eller alene utløst gjennom tilsvarende materialvalg, (aluminium for plateelementene, stål for rorene). Denne varme-utvidelsesforskjellen blir opptatt ved oppdelingen av varmevekslerf låtene i enkelte plateelementer i samvirke med mellom-, rommene 32.

De tidligere nevnte forskjellene kommer også til-syne når elementet blir benyttet for varmeavgivning til omgivelsen. Et slikt tilfelle er ved bruk av elementene som kondensator ved

et kjøleanlegg.

Figur 3 viser en utførelsesvariant av elementet i-følge figur 1, hvor plateelementene 30 har bølgeform 36 og hvor rørene er anordnet jevnt fordelt i bølgene.

Plateelementene 40 ifølge figur 4 har likeledes bølger 36, hvorved imidlertid i motsetning til utførelseseksempelet på figur 3 har disse innført mellom tilliggende bølger 36 henholds vis en flat fobindelsesdel 38.

På utførelseseksempelet ifølge figur 5 er de enkelte plateelementene 50 likeledes firkantede og i det vesentlige flatt utformet, de er imidlertid ikke satt sammen til en flat varmevekslerf late 34, men de har i overdekningsområdet 22 re-* spektiv et trinn, hvis utformelse fremgår tydelig på figur 6, som viser et oyérdekkingsområde 22 som et detaljutsnitt.

Det overdekkende plateelementet 501 har ved sin ende en fortrinnsvis rettvinklet første avkanting 42, som er rettet på det overdekte plateelementet 502. Likeledes har det overdekte plateelementet ved sin ende en fortrinnsvis rettvinklet andre avkanting 44, som er rettet mot det overdekte plateelementet 501. Mellom avkantingen 42 og 44 er dannet et rom 46, i hvilke en tredje avkanting 48 rager. Denne tredje avkantingen 48 ligger herved flatt på det overdekte plateelementet 502. Mellom den andre avkantingen 44 og enden til den tredje avkantingen 48 er anordnet mellomrommet 32 for opptaket av utvidelsesforskjellen. I rommet 4 6 er anordnet flere holde-tunger 52, som er festet ved de respektive overdekte plateelementene 50 2 og som griper over den tredje avkantingen 48

og dermed forhindrer en oppløfting av det overdekkende plateelementet 502.

Som normalverdi for høyden av den første avkantingen 42 kan gjelde 3 til lOcm, for den andre avkanten 44 kan bli antatt en til 3cm. Med hensyn til dimensjoneringen av overdekningsområdet og mellomrommene 32 gjelder de ovenfornevnte utførelsene ved utførelseseksempelet ifølge figur 1.

For å kunne tilpasse røret 24 til formen av varmevekslerf laten 34 har dette i overdekningsområdet henholdsvis et trinn 54, i hvilke eventuelt kan være anordnet rørforbindelse for å forenkle fremstillingen av elementet.

På figur 7 er vist en ytterligere utførelsesvariant av elementet ifølge oppfinnelsen. Herved er de enkelte plateelementene 60, som danner varmevekslerflaten 34, utformet fire-kantet og i det vesentlige flate. De jevnt over varmevekslerflåtene 34 fordelte rette rørene 24, på hvilke plateelementene 60 er festet, forløper tilnærmet parallelt til smalsiden til plateelementene 60.

I overdekningsområdet 2 2 er anordnet mellom plate-

elementene en spalte 56, som er formet mellom en oppbøyning

58 av det overdekkende plateelementet 601 og det overdekte plateelementet 602. Denne utformingen av overdekningsområdet 22 er tidligere vist på figur 8, som viser detaljen VIII på figur 7 sett fra siden. Vinkelen a, under hvilke oppbøyning forløper;, er således valgt, at ved en anordning av elementet på et vanlig bratt tak, renner det nedfallende regnvannet uten oppdemning over oppbøyningen 58 over1 det overdekte plateelementet 602. For herved å forhindre en bakstrømning av vannet ved undersiden av oppbøyningen 58 er anordnet ved enden av oppbøyningen 58 en tilnærmet rettvinklet forløpende vann-nese 64 i form av en avkanting. Videre er mellom det overdekte plateelementet 602 og det overdekkende plateelementet 601 anordnet et mellomrom 32.

Figur 9 viser en utførelsesvariant av figur 8. Herved er mellom oppbøyningen 58 og vann-nesen 64 innføyet en flat forlengelse 62, som forløper i retningen av det overdekte plateelementet 602 og gir varmevekslerflaten et penere utseende og forbedrer samtidig regntettheten.

I mellomrommet 32 ved noen.rør 24 er anordnet rørbærere 66, til hvilke henholdsvis er festet en klammelignende bøye 68 som er åpen nedover. Denne bøyen 68 tjener til fast-legging av elementet til bygningen ved hjelp av å henge denne bøyen i tverrløpende staver eller lekter.

Elementet ifølge utførelseseksempelet på figur

7 er spesielt egnet for opptak av omgivelsesvarmen. Da ved

en anordning foran en vegg eller på et tak kan gjennom spalten 56 og mellom mellomrommet 32 luft utenfra også komme til på baksiden av varmevekslerflaten 34 og bli benyttet til varme-levering. Utnyttelsen blir enda bedre når mellom varmevekslerflaten 34 og veggen henholdsvis takdekket forblir en tilstrekke-lig avstand (f.eks. 5 til lOcm) for en god sirkulasjon av ute-luften.

Figur 10 viser firekantede plateelementer 70, som ved den siden som forløper tilnærmet rettvinklet til overdekningsområdet 22, har profileringer 72 og 74 slik at plateelementet har en tilnærmet teglsteinsformede utseende. Profileringen 72 og 74 tjener til regntett tilslutning av sideliggende ytterligere plateelementer.

Utformelsen av profileringen 72 og 74 fremgår tydeligere av figurene 11 og 12, som viser detaljene XI henholdsvis XII på figur 10 i en forstørret målestokk. Ifølge disse har den venstre profileringen 72 formen av en U-formet renne 76, som blir dannet av avkantingen av det venstre ende-området til plateelementet 70. Det første benet 82 til avkantingen forløper Under en vinkel 3 fra .ca. 45° til 80° til den flate delen av plateelementet 70, rennebunnen 80 forløper, parallelt med den flate delen til plateelementet 70 og det andre benet 84 forløper med hensyn ivtil sin helling symmetrisk med første benet 82 som tydelig fremgår av figur 11.

Høyden av det andre benet 84 er herved tilnærmet halvparten av avstanden mellom det flate området til plateelementet 70 og rennebunnen 80, som er fortrinnsvis ca. 3 til 10 cm.

På den høyre siden av plateelementet 70 er anordnet en andre profilering 74, som er formet ved avkantingen av den høyre enden av plateelementet 70. Denne profileringen 74 har formen av bokstaven L, hvis vertikale ben 86 er utformet speilbilledlig med første benet 82, hvor derimot det horisontale benet 78 er så stort at det griper inn i rennen til det tilliggende plateelementet og at det kan støtte seg mot rennebunnen 80. På figur 12 er dette vist og rennen til det tilliggende plateelementet er streket inntegnet.

Røret 24 er i foreliggende utførelseseksempel meanderformet utformet, hvorved hvert platéelement 70 er til-ordnet respektive meandersløyfer, slik at det fås en god varmebortføring fra de enkelte plateelementene.

Forbindelsen mellomplateelementene og rørene kan være vilkårlig, f.eks. ved sveising som antydet på figurene 2, 8 og 9, vesentlig er bare at røret langs den totale anordnede lengden er godt varmeledende festet til de enkelte plateelementene. Består plateelementet av et bløtt, flytbart materiale,

som f.eks. kopper eller fortrinnsvis aluminium, mens røret derimot består av et hardere materiale som stål så kan forbindelsen f.eks. bli fremstilt på en i og for seg kjent måte ifølge figurene 13 og 14.

Figur 13 viser et tverrsnitt gjennom plateelementet, hvorved snittet er ført langs aksen 88 av røret 24.

På den ytre overflaten av røret 24 er her festet

en skrueformet spiral 92, f.eks. i form av en skrueformet viklet ståltråd. Til forbindelse av røret'24 med plateelementet 70 blir røret presset på plateelementet slik at det bløtere materialet til plateelementene flyter om den hardere profilen til spiralen 9 2 og slik at det oppstår en god forbindelse og for-ankring mellom plateelementet 70 og føret 24.

Elementet ifølge oppfinnelsen kan eventuelt også være utformet krummet for å kunne fremstille f.eks. veivede varmevekslere. Det er også mulig, ved bruk av elementene til opptak av solvarme, og anordne disse i et hus som slipper gjennom solstrålene.

Claims (16)

1. Element for en varmeveksler, som er anordnet for varmeveksling mellom omgivelsen og en væske, med minst en varmevekslerf late (34) som er båret av minst ett for opptagelse av væskeanordnet rør (24) og som står med dette i varmeledende forbindelse, karakterisert ved at varmevekslerflaten (34) er formet av flere i en rekke ved siden av hver-

andre anordnede, på røret (24) festede platéelement (20,30, 40,50,60,70), som overdekker seg i tilhverandre liggende områder (22).

2. Element ifølge krav 1, karakterisert ved at de respektive plateelementene (30) har i det minste en bølge (36) i hvilke røret (24) er anordnet. (Figur 3).

3. Element ifølge krav 2, karakterisert ved at det er anordnet flere bø lger (36) og flere likt og på bølgene fordelte rør (24) (Figur 3).

4. Element ifølge krav 3, karakterisert ved at mellom respektive tilliggende bølger (36) er innført en flat forbindelsesdel (38) (Figur 4).

5. Element ifølge kravene 1 til 4, karakterisert ved at i overdekningsområdet (22) har det overdekkende plateelementet (201) en utpregning (26), i hvilke det overdekte plateelementet (202) griper inn, hvorved fordelaktig mellom roten (28) til utpregingen og det overdekte plateelementet (201) er anordnet mellomrom (32) (Figur 2).

6. Element ifølge krav 1, karakterisert v e d at de i det vesentlig respektive flate plateelementene (50) har i overdekningsområdet (22) avkantinger, hvorved de respektive overdekkende plateelementene (501) er forsynt med en første avkanting (42), som peker mot det overdekte plateelementet (502), og hvorved det overdekte plateelementet (502) har en andre avkanting (44) , som er fettet mot det overdekkende plateelementet (501) (Figur 5 og 6) . '

7. Element ifølge krav 6, karakterisert ved at mellom den første avkantingen (42). og den andre avkanting (44) er anordnet et rom (46), i hvilke rager en ved den første avkantingen (42) anordnede tredje avkantning (48), som er rettet mot den andre avkanting (44) og ligger på det overdekte plateelementet (502) (Figur 6).

8. Element ifølge krav 7, karakterisert ved at på det overdekte plateelementet (502) er i overdekningsområdet (22) anordnet henholdsvis minst en holde-tunge (52) hvilke griper over den tredje avkantingen (48) (Figur 6) .

9. Element ifølge et av kravene 6 til 8, karakterisert ved at røret (24) ved overgang fra et til andre platéelement har et .trinn (54) Figur 5).

10. Element ifølge krav 1, karakterisert ved at i overdekningsområdet (22) til fortrinnsvis i det vesentlige respektive jevne platéelement (60) anordnet en spalte (56), som er formet mellom en oppbøyning (58) av det overdekkende plateelementet (601) og det overdekte plateelementet (602) (Figur 7 til 9).

11. Element ifølge krav 10, karakterisert v e d at oppbøyningen (58) forløper under en slik vinkel a mot plateelementet (601) at ved hellet anordning av varmevekslerf laten (34), f.eks. på et bratt tak, renner regnvannet ifra den i retning av takhellingen pekende oppbøyning (58) uten oppdemning på det overdekte plateelementet (602) (Figur 8 dg 9).

12. Element ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at oppbøyningen (58) har en tilnærmet parallell til overdekte enekeltelement (602) forløpende forlengelse (62) (Figur 9).

13. Element ifølge et av kravene 10 til 12, karakterisert ved at på enden av oppbøyningen (58) henholdsvis forlengelsen (62) er anordnet en til overdekte enkeltelement (602) pekende vann-nese (64). (Figur 8 og 9).

14. Element ifølge krav 1, karakterisert ved at de fortrinnsvis i det vesentlige respektive flate plateelementene (7Q.) ved den t <y> ers til overdekningsområdet (22) forløpende endefar profileringer (72,74), som er formet gjennom avkanting og er anordnet for tilslutning av tilliggende platéelement (Figur 10 til 12).

15. Element ifølge krav 14, karakterisert ved at den første profilering (72) er utformet som U-formeto. renne (76) og den andre profileringen (74) har en form av en L, hvis horisontale ben (78) eir avstemt for inngripihg i rennen til tilliggende platéelement på lysbredden av rennebunnen (80) (Figur 11 og 12).

16. Element ifølge et av kravene 1 til 15, karakterisert ved at plateelementene (20,30, 40,50,60,7 0) består åv aluminium eller kopper og at røret (24) består av stål.