SE423150B - Vermevexlarelement innefattande tva mot varandra anliggande metallskikt med mellanliggande ledningsror av metall och forfarande for framstellning av detsamma - Google Patents

Description

15 20 2st 30 35 40, 78-008640-06 molnskugga. -Vidare måste värmeväxlarelementens kanaler för det värme- bärande mediet, vars volym.i elementens kanaler är mycket begränsad, vara så kraftigt dimensionerade, att det värmebärande mediet kar sättas under högt tryck för snabb transport genom elementen. Dessa önskemål medför stora krav på värmeväxlarelementens konstruktiva utformning, vilka krav kan vara svåra att uppfylla, eftersom de medför, att värme- växlarelementen i vissa delar måste ha liten väggtjocklek och i andra delar måste ha väsentligt större väggtjocklek.

För att solfångare, som är uppbyggda av värmeväxlarelement av här beskrivan typ, skall vara kostnadsmässigt attraktiva fordras, att elementen kan serietillverkas på ett enkelt och billigt sätt. De tidigare använda värmeväxlarelementen av enbart aluminium har kunnat 7 tillverkas på ett mycket enkelt sätt genom ett sk. "rollbond"-förfa- rande, dvs. sammanvalsning av två olika plåtar av aluminium, varvid valsreduktionen valts på sådant sätt, att de två plåtarna sammanvällts till en enhet., Därvid har minst en kanal lämnats genom elementet ge- nom att sammanvällning av materialet förhindrats, t.ex. genom konven- tionell preparering av remsliknande delar på banden. Dessa icke sam- manvällda delar av banden har efteråt kunnat separeras från varandra genom.trycktillförsel, så att en kanal med önskad dimension erhållits genom elementet.

Huvudändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett värmeväx- Klarelement, vilket har liten termisk massa både med avseende på mate- rialmängden i själva värmeväxlarelementet och med avseende på den mängd av värmebärande medium, som finnes i värmeväxlarelementets kanal.

Eftersom denna mediummängd måste vara liten, erfordras ett relativt högt tryck på mediet, för att tillräckligt stora mediummängder skall kunna cirkulera genom värmeväxlarelementet för möjliggörande av till- *räcklig värmeväxling. Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande för framställning av sådana värmeväxlar- element i ett kontinuerligt förfarande med hög hastighet, så att till- verkningskostnaden för varje enhet kan hållas låg. I H.

Dessa ändamål uppnås enligt uppfinningen genom att värmeväxlar- elementet-och förfarandet för framställning av detta ges de i patent- kraven angivna kännetecknen.

Pig. l visar en perspektivvy av ett värmeväxlarelement enligt uppfinningen.

Pig. 2 visar en värmeväxlarenhet, som är uppbyggd av flera värme- Kväxlarelement av den typ, som visas i fig. l.

Pig. 3 visar schematiskt ett framställningsförfarande för värme- ,”växlarelement enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 H0 7800864-6 Det i fig. 1 visade värmeväxlarelementet innefattar två tunna, rektangulära plåtar 10, ll av aluminium och ett mellan dessa inlagt kopparrör 12. Plåtarna är sammanvällda med varandra på ömse sidor om kopparröret till bildande av värmeupptagande eller värmeavgivande flänsar med stor yta och liten väggtjocklek. Kopparröret löper mellan plåtarna i dessas längdriktning och väsentligen utmed plåtarnas mitt- linje. Plåtarna är även sammanvällda med kopparrörets vägg, så att en metallurgisk förbindning existerar dels mellan plåtarna på ömse sidor om kopparröret och dels mellan vardera plåten och kopparröret.

Härigenom säkerställes en mycket effektiv värmeöverföríng mellan flän- sarna och kopparröret och även mellan de två metallskikten i varje fläns. Vid den ena längsgående kanten på värmeväxlarelementet är de två plåtarnas kanter l0a, lla separerade från varandra till bildande av ett spår 13, i vilket den motstående kanten på ett annat likadant element kan inskjutas för uppbyggande av en större enhet av värmeväx- larelement, såsom visas i fig. 2.

De aluminiumplåtar l0, ll, som bildar värmeväxlarelementet enligt fig. l, har lämpligen en tjocklek av 0,1-1,0 mm, och företrädesvis en tjocklek av 0,2-0,3 mm, t.ex. 0,25 mm, eftersom det har visat sig att den sk. flänsverkningsgraden vid användningen i solfångaranordningar är optimal vid en total flänstjocklek av ca 0,5 mm. Kopparröret l2 har lämpligen en väggtjocklek på 0,2-1,5 mm, företrädesvis 0,3-0,6 mm, t.ex. 0,U mm, och en effektiv ledningsarea på ca 30 mmz. Varje värme- växlarelement har lämpligen en bredd av 0,1 m och en längd av ca 0,5-H m. Spåret 13 vid elementets ena kant har en bredd, som är unge- fär lika med den totala flänstjockleken, dvs. summan av de tvâ plåtar- nas tjocklek, så att elementen lätt kan skjutas in i varandra utmed en längsgående kant vid monteringen av större värmeväxlarenheter.

Pig. 2 visar en värmeväxlarenhet, som består av tre sammankopp- lade värmeväxlarclement enligt fig. l. Dessa element är sammankoppla- de med varandra utmed en längsgående kant genom att det efterföljande elementets odelade kant är inskjuten i det föregående elementets spår.

De olika elementens genomgående kanaler är vidare anslutna till sam- lingsledningar l4, 15 för tillförsel resp. bortledning av ett värme- bärande medium, vilket kan utgöras av t.ex. vatten eller någon annan vätska eller eventuellt av en gas, varvid det värmebärande mediet bringas att cirkulera genom kanalerna i värmeväxlarelementen och till- och frånledningarna medelst en lämplig drivpump eller på något annat sätt. I vissa fall kan t.ex. självcirkulation vara tillräckligt. Det värmebärande mediet kan givetvis användas såväl för bortledning av värme från värmeväxlarelementet, när elementet användes t.ex. i en tio 15 20 7800864-6 solfångaranordning, som för tillförsel av värme till elementet, när elementet användes t.ex. såsom radiator i ett uppvärmningssystem för bostäder eller andra lokaler. I den i fig. 2 visade enheten är de ' sammankopplade elementen parallellkopplade med avseende på det värme- > bärande mediets genomströmning, men elementen kan även vara seriekopp-~ lade; Eventuellt kan även en kombination av serie- och parallell- koppling användas. _ 7 I I fig. 3 visas schematiskt en anordning för utförande av förfa- randet enligt uppfinningen. Anordningen innefattar två intill varand- ra placerade valsar l6, 17, vilka är försedda med var sitt spår l8, varvid emellertid av ritningstekniska skäl endast spåret i den övre valsen 16 visas i figuren. Valsarna är anordnade att sammanpressa två 'tunna aluminiumband 19, 20 och ett mellan banden liggande kopparrör 21, när banden och kopparröret inmatas mellan valsarna. Spåren i den två valsarna är anordnade mitt för varandra och har en form, som sva- rar mot formen på det mellan banden inmatade kopparröret, så att ett värmeväxlarelement med större total väggtjocklek vid rördelen än vid flänsdelen erhålles efter bandens och kopparrörets passage mellan val- sarna. 'Épåren l8 är lämpligen identiskt lika. Framför valsarna är en styrning för kopparröret anordnad. Denna styrning utgöres av en mellan banden inskåutande arm 22, vilken vid sin främre ände är för- I 'sedd med ett mot det frammatade kopparrörets form svarande styrspår 25 _30 35 40 23, genom vilket kopparröret 21 passerar. Detta styrspår är placerat mitt framför spåren i valsarna, så att kopparröret inmatas mitt emel- lan spåren i valsarna. c '_Vid det i fig. 3 illustrerade förfarandet för framställning av värmeväxlarelement enligt uppfinningen bildas de två banden 19, 20 av ett enda band med dubbel bredd i förhållande till det färdiga värme- växlarelementets bredd, varvid detta utgångsband vikes utmed sin mitt- linje för bildande av två banddelar, vilka sedan sammanpressas medelst valsarna. Detta är speciellt fördelaktigt med hänsyn till styrningen "av banden genom valsarna, eftersom de två banddelarna under inmat- ningen mellan valsarna sitter ihop utmed den ena längsgående kanten, idvs. utmed det breda utgångsbandets vikningslinje, så att banddelarna hålles i exakt läge i förhållande till varandra. Det är emellertid för uppfinningsförfarandets tillämpning icke nödvändigt, att banden sitter ihop, utan två separata band kan lika väl användas. Kopparröret 21 -bör plattvalsas före inmatningen mellan banden l9, 20, eftersom styr- ningen av kopparröret och den sammanvällning mellan banden och koppar- röret, som skall åstadkommas genom sammanpressningen mellan valsarna, därigenom underlättas, även om sådan plattvalsning icke alltid är ab- 10 l5 20 25 30 35 40 7800864-6 solut nödvändig.

I Vid förfarandet enligt uppfinningen är valsarna inställda för att ge ett sådant tryck, att banden och röret utsättes för en tjeck- leksreduktion på åtminstone 60% genom kallvalsning. Bandmaterialet bör sålunda ha en utgångstjocklek på ca 0,6 mm och kopparröret bör ha en väggtjocklek före inmatningen mellan plåtarna på ca 1,0 mm. Genom denna kallvalsning erhålles en sammanvällning dels av materialet i de två banden eller banddelarna sinsemellan och dels av materialet i vardera bandet eller banddelen med materialet i rörväggen, så att en metallurgisk förbindning åstadkommas mellan ytskikten i flänsarna och mellan ytskikten och ledningsröret för det värmebärande mediet.

Vid det i fig. 3 visade förfarandet användes band såsom utgångs- material för de två ytskikten i värmeväxlarelementet enligt uppfinning- en. Detta medför den fördelen, att tillverkningen kan ske med stor hastighet genom kontinuerlig avhaspling av utgångsmaterialet både för ytskikten och för ledningsröret från stora band- respektive rörhasplar och påhaspling av kompoundbandet efter valsningen. Denna av- och på- haspling i kombination med kallvalsning mellan valsarna möjliggör mycke? höga matningshastigheter, t.ex. 100-200 m/min., vilket ger en synner- ligen rationell och ekonomisk framställning. Det mellan valsarna passerande materialet utsättes för en kombinerad valsning och dragning genom att påhasplingen sker med något högre hastighet.

Vid valsning av ett band måste alla delar av bandets bredd för- länga sig lika mycket eftersom bandet annars blir oplant eller slits av. Detta betyder att i föreliggande fall alla delar av bandet eller banden inklusive röret måste reduceras i lika hög grad, dvs. med lika många procent. Förhållandet mellan aluminiumbandens tjocklek efter och före valsningen måste alltså vara lika stort som förhållandet mel- lan summan av aluminiumbandets tjocklek och kopparrörets väggtjocklek efter och före valsningen, Detta förhållande måste vara mindre än 0,H för att valsningsreduktionen skall vara minst 60%.- Eftersom aluminiumplåten skall ha samma tjocklek i flänsen som vid röret, måste spåret ha ett djup, som är lika med den önskade väggtjockleken hos kopparröret efter valsningen.

Spåret och kopparröret måste alltså ha riktiga dimensioner för att en tillfredsställande slutprodukt skall erhållas. Om spåret är för grunt, erhålles en söndersprucken produkt, och om spåret är för djupt, erhålles en vågig produkt.

Genom att valsarna är försedda med spår, vars djup svarar mot det mellan banden inlagda rörets väggtjocklek efter valsningen, uppnås det för uppfinningen väsentliga kännetecknet, att elementets totala m, 15 -20 25 30 35 HD 'får en Väsentligt mindre godstjocklek än rördelen. 7800864-6 godstjocklek kan varieras, så att värmeväxlarelementets flänsdelar Detta medför den fördelen, att flänsdelarna oberoende av rördelen kan dimensionerna för bästa värmeverkningsgrad och att rördelen, speciellt det inlagda röret, kan dimensioneras med hänsyn endast till de krav, som ställes på ledningskanalerna för det värmetransporterande mediet. Härigenom kan ett ur teknisk synpunkt effektivare värmeväxlarelement åstadkommas "under optimalt materialutnyttjande.

För att sammanvällningen mellan de olika skikten i värmeväxlar- elementet skall kunna ske med betryggande säkerhet måste de olika kon- taktytorna före valsningsoperationen rengöras noga. Detta kan ske med hjälp av konventionell teknik, t.ex. med stâlborstning av ytorna.

Vidare måste förhindras, att sammanvällning sker mellan de invändiga ytorna i röret under valsningsförfarandet. Detta kan uppnås genom att rörets inre ytor på konventionellt sätt belägges med ett skikt av något på marknaden förekommande, för ändamålet avsett preparat. Mot- svarande förfarande kan användas för att förhindra sammanvällning mellan banden eller plåtarna i den kantzon, där ytskikten skall sepa- reras för bildande av det ovan beskrivna spåret för sammankoppling av flera element till en enhet.- Efter valsningsoperationen och uppskär- ningen av det sammansatta bandet i lämpliga längder måste normalt ledningskanalen genom elementet vidgas, så att genomstömningsarean blir_tillräcklig. Detta kan likaså ske medelst konventionell teknik med kraftig trycktillförsel till kanalens ändar. av ytorna, uppskärningen av det färdiga bandet i lämpliga längder, utvidgningen av ledningskanalerna och övriga rutinåtgärder erforder- liga anordningarna har icke visats i fig. 3, eftersom de icke hänför De erforderliga åtgärderna har av samma skäl De för rengöringen sig till uppfinningen. icke heller beskrivits närmare. _ Vid beskrivningen av den i fig. l visade utföringsformen av värmeväxlarelementet enligt uppfinningen har angivits, att värmeväx- larelementet består av aluminiumskikt med mellanliggande kopparrör.

Det är emellertid icke nödvändigt att olika material användes i yt- skikten och i ledningsröret, utan samma material kan lika väl använ- das., Koppar kan sålunda mycket väl användas även för ytskikten, även om aluminium på grund av sitt lägre pris och sina övriga goda egen- skaper vanligen är att föredraga. Vidare kan andra korrosionsbestän- diga material än koppar användas för ledningsröret, om detta av någon anledning skulle vara mera fördelaktigt. Även om endast en utföringsform av värmeväxlarelementet enligt uppfinningen och endast ett exempel på förfarandet enligt uppfinningen lÛ 7800864-6 beskrivits och illustrerats är det uppenbart, att många olika ut- föringsformer och tillämpningar av uppfinningen är möjliga inom ramen för uppfinningstanken. Elementets form och dimensioner kan sålnrda varieras inom vida gränser och förfarandet kan utföras på många olika sätt. spår och i stället göra detta djupare. delaktigare att utforma elementet helt symmetriskt, dvs. med likadana Vidare är det möjligt att förse varje element med Det är t.ex. möjligt att endast förse den ena valsen med ett Normalt är det emellertid för- fram- och baksidor. flera ledningskanaler för det värmebärande mediet, men detta gör till- verkningsförfarandet mera komplicerat, eftersom valsningssvårigheterna ökar kraftigt med bredden på den plåt eller det band, som skall Valsas.

Claims (2)

1. vsoossä-6 2 a t e n t k r arv' .l. Värmeväxlarelement, särskilt för solfångaranordningar, innefattande två mot varandra anliggande metallskikt (l0; ll) och minst ett mellan de båda metallskikten anordnat ledningsrör (l2) av metall för ett värmebärande medium, vilket ledningsrör (12) sträcker sig mellan de båda metallskikten från en ytter-_ kant hos elementet till en motstående ytterkant hos elementet, 'k'ä n n e t e c k n a t a v att de båda metallskikten (10, ll) är kallsammanvällda med varandra på ömse sidor om ledningsröret (12) till att bilda värmetransporterande flänsar, att lednings- röret (12) över väsentligen hela sin mantelyta är kallsammanvällt med de mot rörets mantelyta anliggande partierna av metallskikten,' samt att elementet har större total godstjocklek vid lednings- röret (12) än vid flänsarna. _ .

2. Värmeväxlarelement enligt krav 1, k ä_n n e t e c k - n a t a'v att de två metallskikten (10, ll) har samma tjocklek Kdfllatt ledningsrörets (12) väggtjocklek är lika stor som eller större än varje metallskikts tjocklek. V Q 3. Värmeväxlarelement enligt krav 2_eller 3, k ä n n e - t etc k n_a t a v att metallskiktens (10, ll) tjocklek är 0,1 - 1,0 mm, företrädesvis 0,2 - 0,3 mm. K U. Värmeväxlarelement enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a_t a v att ledningsrörets (12) väggtjocklek är 0,2 - l,É mm¿ företrädesvis 0,3 - 0,6 mm. K 5. Värmeväxlarelement enligt något av kraven l-4, k.ä n - n e t e c k n a t Ka v att metallskíkten (10, ll) har rektangu- lär form och att ledningsröret (12) är anordnat att sträcka sig i metallskiktens längdriktning och väsentligen mitt på dessa. 6. Värmeväxlarelement enligt något av kraven l-5, k ä n - n e t e c k n a t a v att metallskikten (10, ll) utgöres av aluminiumplåt och ledningsröret (12) består av koppar. 7. Värmeväxlarelement enligt något av kraven l-6, k ä n - n e t e c k n a t a v att de tvâ metallskikten (10, ll) utmed en ytterkant (l0a, lla) hos elementet är separerade från varandra, " så att ett annat element med en ytterkant kan skjutas in i spåret (13) mellan de separerade skiktdelarna för förbindning av de båda elementen;_ 7800864-6 '9 ._ in, 8. Pörfarande för framställning av ett värmeväxlarelement enligt något av kraven 1-7, innefattande kontinuerlig frammat- ning av två metallband (19, 20) på sådant sätt, att bandens sidoytor ligger mitt emot varandra, k ä n n e t e c k n a t a v att ett metallrör (21) kontinuerligt inmatas mellan de två metallbanden (19, 20) och att metallbanden och metallrörct gemensamt matas in mellan två valsar (16, 17), av vilka åtmins- tone den ena (l6) är försedd med ett spår (18), vars djup svarar mot metallrörets önskade tjocklek efter valsningen, varvid vals- trycket väljes så, att metallbanden och metallröret under kall- valsning utsättas för en tjockleksreduktion på åtminstone 60% vid passagen mellan valsarna, så att banden sammanvälles med varandra och metallröret utmed väsentligen hela sin mantelyta sammanvälles med anliggande partier av metallbanden. 9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t a v -att metallröret (21) plattvalsas före införandet mellan banden. 10. Förfarande enligt krav 8 eller 9, k ä n n e t e c k - n a t a v att banden (l9, 20) och det mellanliggande röret (21) ut- drages från valsarna efter det att de har passerat mellan dessa. ll. Förfarande enligt något av kraven 8-l0, k ä n n e - t e c k n a t a v att de tvâ banden (19, 20) bildas genom vikning på mitten av ett bredare band och att båda valsarna är försedda med spår (18), vilka är identiskt lika och vilka har ett djup, som är lika med rörets önskade väggtjocklek efter vals- ningen. l2. Förfarande enligt något av kraven 8-ll, k ä n n e - t e c k n a t a v att metallröret (21) styres i en styrning (22, 23), som är placerad mellan banden (19, 20) så att metall- röret införes mitt emellan de mitt emot varandra placerade spå- ren på valsarna. ANFURDA PUBLIKATIONER: Frankrike 2 309 819 (F28F 3/14) Tyskïand 1 601 240 (F28F 1/22) US 4 062 350 (126-271)