SE430434B

SE430434B - Heat exchanger element, in particular for solar collector devices, and method for its manufacture

Info

Publication number: SE430434B
Application number: SE8205463A
Authority: SE
Inventors: G B K Olsson; G T Wilson
Original assignee: Graenges Aluminium Ab
Priority date: 1982-09-24
Filing date: 1982-09-24
Publication date: 1983-11-14
Also published as: SE8205463D0

Abstract

A heat exchanger element comprises two metal layers 10, 11 abutting each other and a pipe 15 of metal arranged therebetween for a heat-carrying medium. The pipe extends between two opposite outer edges of the element. The metal layers 10, 11 are cold welded to each other on both sides of the pipe 15, and the pipe 15 is cold welded to the metal layers. The pipe 15 is further provided with two protruding flanges 16, 17, which are arranged on each respective side of the pipe and extend in between the metal layers 10, 11, whereby also the protruding pipe flanges are cold welded to the metal layers. The heat exchanger element is manufactured by two abutting metal strips 10, 11 and a metal pipe blank 12, 13 situated therebetween are fed in between rollers for obtaining such a pressure that the metal strips are cold welded to each other and to the metal pipe blank. The metal pipe blank consists of two metal strips 12, 13 abutting each other, whereby a central section of one strip is prepared to prevent cold welding to the other strip, such that the strips may later be separated along this section for the formation of a pipe for the heat- carrying medium. The heat exchanger element is in particular intended for solar collector devices in order to enable improved heat transfer between the heat-collecting surfaces and the heat-carrying medium. <IMAGE>

Description

15 20 25 30 35 8205463-6 förutsätter, att kopparröret plattvalsas i samband med kallsammanvällningen med aluminiumbandet. Denna plattvals- ning medför stora pâkänningar på kopparrörets vägg, och det föreligger därför en viss risk för att kopparröret försvagas och icke kan fullgöra sina uppgifter med avseen- de på korrosionsskydd och tryckupptagning. Denna risk är speciellt stor utmed de linjer, där rörets vägg under platt- valsningen på två ställen omvikes 1800. 8205463-6 presupposes that the copper pipe is rolled flat in connection with the cold overflow with the aluminum strip. This plate rolling causes great stresses on the wall of the copper pipe, and there is therefore a certain risk that the copper pipe will weaken and will not be able to fulfill its tasks with regard to corrosion protection and pressure absorption. This risk is particularly great along the lines where the pipe wall during two plate rolling is folded in two places in 1800.

Huvudändamålen med föreliggande uppfinning är att åstadkomma dels ett värmeväxlarelement av den inlednings- vis angivna typen, vilket är lättare att tillverka och har bättre värmeöverföringskapacitet än det tidigare kända vär- meväxlarelementet, och dels ett framställningsförfarande för ett sådant värmeväxlarelement, vilket eliminerar ris- ken för försvagning av kopparröret under kallsammanväll- ningen. Dessa ändamâl uppnås enligt uppfinningen genom att värmeväxlarelementet och framställningsförfarandet ges de kännetecken, som anges i patentkraven.The main objects of the present invention are to provide on the one hand a heat exchanger element of the initially stated type, which is easier to manufacture and has better heat transfer capacity than the previously known heat exchanger element, and on the other hand a manufacturing method for such a heat exchanger element, which eliminates the risk weakening of the copper pipe during the cold overflow. These objects are achieved according to the invention by giving the heat exchanger element and the manufacturing process the features stated in the claims.

Genom att ledningsröret är försett med tvâ utskjutan- de flänsar, vilka skjuter in mellan metallskikten och är kallsammanvällda med metallskikten,erhålles möjlighet att välja godstjocklekarna så, att elementens värmeöverförings- kapacitet från flänsarna till det värmebärande mediet blir optimal med hänsyn till elementvikten.Because the conduit is provided with two projecting flanges, which project between the metal layers and are cold-collapsed with the metal layers, it is possible to choose the wall thicknesses so that the heat transfer capacity of the elements from the flanges to the heat-carrying medium is optimal with respect to element weight.

Genom att metallröret bildas av två metallremsor, vilkas längsgående kanter sammanvälles med varandra samti- digt med kallsammanvällningen av metallskikten på ömse si- dor om ledningsröret, elimineras risken för försvagning av ledningsrörets vägg, eftersom något ledningsrör icke behö- ver plattvalsas. Samtidigt förenklas tillverkningen, efter- som någon tillplattning av röret icke är nödvändig. Dess- utom kan flänsen ges en inåt ökande tjocklek, vilket möj- liggör en optimering av värmeöverföringen från flänsen till det värmebärande mediet med avseende på använd material- mängd.Because the metal pipe is formed by two metal strips, the longitudinal edges of which are coalesced with each other at the same time as the cold coalescence of the metal layers on either side of the pipe, the risk of weakening of the pipe wall is eliminated, since no pipe needs to be rolled. At the same time, production is simplified, as no flattening of the pipe is necessary. In addition, the flange can be given an inwardly increasing thickness, which enables an optimization of the heat transfer from the flange to the heat-carrying medium with respect to the amount of material used.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas nedan med hänvisning till de bifogade ritningsfigurerna. 10 15 20 30 35 d 8205463-6 Pig. 1 visar de olika delarna i ett värmeväxlarele- ment enligt uppfinningen före sammanfogningen.The invention will now be described in more detail below with reference to the accompanying drawing figures. 10 15 20 30 35 d 8205463-6 Pig. 1 shows the different parts of a heat exchanger element according to the invention before joining.

Pig. 2 visar delarna enligt figur 1 efter sammanfog- ningen till ett värmeväxlarelement.Pig. 2 shows the parts according to figure 1 after the joining to a heat exchanger element.

Pig. 3 visar värmeväxlarelementet efter separeringen av ledningsrörets väggar till bildande av en kanal för det värmebärande mediet.Pig. 3 shows the heat exchanger element after the separation of the walls of the conduit to form a channel for the heat-carrying medium.

De i fig. 1 visade värmeväxlardelarna innefattar två bandformade metallskikt 10,11, vilka är avsedda att bilda de värmeupptagande eller värmeavgivande ytorna i värmeväx- larelementet, och två metallremsor 12,13, vilka är avsedda att bilda väggarna i ett ledningsrör och flänsar på detta.The heat exchanger parts shown in Fig. 1 comprise two strip-shaped metal layers 10,11, which are intended to form the heat-absorbing or heat-emitting surfaces in the heat exchanger element, and two metal strips 12,13, which are intended to form the walls of a conduit and flanges thereon. .

Den ena metallremsan 13 är i en sektion 14 utmed remsans mittlinje på den sida, som är vänd mot den andra remsan 12, preparerad på i och för sig tidigare känt sätt för att för- hindra kallsammanvällning av remsorna utmed dessas mitt- sektioner, vilka senare skall separeras från varandra för att bilda själva ledningsröret. Den preparerade sektionen 14 ligger symmetriskt omkring remsans längsgående mittlin- je och sträcker sig icke ut till remsans längsgående kan- ter. Utmed var och en av remsans längsgående kanter kommer sålunda en sektion läa resp 14b att vara opreparerad, så att remsorna kan sammanvällas med varandra utmed dessa kantsektioner till bildande av ledningsrörets flänsar, så- som tydligt visas i fig. 3.One metal strip 13 is prepared in a section 14 along the center line of the strip on the side facing the other strip 12, prepared in a manner previously known per se to prevent cold collapsing of the strips along their center sections, which later shall be separated from each other to form the conduit itself. The prepared section 14 lies symmetrically about the longitudinal centerline of the strip and does not extend to the longitudinal edges of the strip. Thus, along each of the longitudinal edges of the strip, a section 1a and 14b, respectively, will be unrepaired, so that the strips can be folded together along these edge sections to form the flanges of the conduit, as clearly shown in Fig. 3.

I fig. fogade med varandra. Denna sammanfogning sker medelst kall- 2 visas värmeväxlarelementets delar samman- valsning med ett sådant valstryck, att metallskikten 10,11 och metallremsorna 12,13 utsättes för en tjockleksreduktion på åtminstone 60%, varigenom kallsammanvällning åstadkommas.In fig. Joined together. This joining takes place by cold rolling of the parts of the heat exchanger element with such a rolling pressure that the metal layers 10,11 and the metal strips 12,13 are subjected to a thickness reduction of at least 60%, whereby cold collapsing is effected.

Detta sker medelst valsar, som är utformade med spår, vilka svarar mot de remsformade delarna 12,13. Sammanfognings- metoden har noggrant beskrivits i den nämnda utläggnings- skriften, till vilken hänvisas för närmare förklaring.This is done by means of rollers which are formed with grooves which correspond to the strip-shaped parts 12,13. The joining method has been carefully described in the above-mentioned explanatory note, to which reference is made for further explanation.

Efter sammanvällningen av de olika delarna måste me- tallremsornas mittsektioner separeras från varandra för att bilda röret för det värmebärande mediet, vilket kan ske ge- 10 15 20 25 30 35 82054-63-6 nom trycktillförsel på konventionellt sätt. Det färdiga värmeväxlarelementet har sedan den form, som visas i fig. 3 med ett ledningsrör 15, vilket är försett med tvâ flän- sar 16,17, som ligger i samma plan, och två omslutande me- tallskikt 10,11.After the aggregation of the different parts, the middle sections of the metal strips must be separated from each other to form the tube for the heat-carrying medium, which can be done by means of pressure supply in a conventional manner. The finished heat exchanger element then has the shape shown in Fig. 3 with a conduit 15, which is provided with two flanges 16,17, which lie in the same plane, and two enclosing metal layers 10,11.

Genom de från ledningsröret utskjutande flänsarna 16,17 bildas sålunda på ömse sidor om ledningsröret 15 två laminatsektioner 18,19, som består av fyra skikt. Des- sa laminatsektioner ger en väsentligt förbättrad värmeöver- föring genom förekomsten av flänsar på ledningsröret. Där- igenom kan elementet göras bredare med mindre materialåt- gång. Ett flertal värmeväxlarelement sammansättes sedan till en fullständig värmeväxlarenhet, vilken t ex kan an- vändas för upptagning av solenergi i en solfångaranordning.Through the flanges 16,17 projecting from the conduit, two laminate sections 18,19 are thus formed on either side of the conduit 15, which consist of four layers. These laminate sections provide a significantly improved heat transfer through the presence of flanges on the pipe. As a result, the element can be made wider with less material consumption. A plurality of heat exchanger elements are then assembled into a complete heat exchanger unit, which can, for example, be used for absorbing solar energy in a solar collector device.

Vid förfarandet enligt uppfinningen inmatas de i fig. 1 visade metallskikten 10,11, vilka lämpligen tillföres i form av kontinuerliga band, och metallremsorna 12,13, vilka lämpligen också tillföres i form av kontinuerliga band, kon- tinuerligt mellan valsar, som kan ge det erforderliga vals- trycket. Därvid erhålles sammanfogning genom kallsammanväll- ning av metallskikten sinsemellan, av metallskikten med metallremsorna och av metallremsorna sinsemellan utom i den preparerade mittsektionen 1H. Efter sammanvällningen separe- ras remsornas mittsektioner från varandra, så att lednings- röret 15 bildas. Detta ledningsrör har icke någon vägg, som har bockats 1800, och har därför icke utsatts för någon för- svagningsrisk på det sätt, som förekommer vid plattvalsning av ledningsröret, såsom tidigare har nämnts. Dessutom und- vikes arbetsoperationen att tillplatta röret. Det är även mycket enklare att under tillverkningsförfarandet mata band än rör, eftersom banden kan göras längre.In the method according to the invention, the metal layers 10,11 shown in Fig. 1, which are suitably supplied in the form of continuous strips, and the metal strips 12,13, which are suitably also supplied in the form of continuous strips, are fed continuously between rollers, which can give the required roller pressure. Joining is obtained by cold fusion of the metal layers with each other, of the metal layers with the metal strips and of the metal strips with each other except in the prepared middle section 1H. After folding, the middle sections of the strips are separated from each other, so that the conduit 15 is formed. This conduit does not have a wall which has been bent in 1800, and has therefore not been exposed to any risk of weakening in the manner which occurs during flat rolling of the conduit, as has been mentioned previously. In addition, the work operation to flatten the pipe is avoided. It is also much easier to feed tapes than tubes during the manufacturing process, as the tapes can be made longer.

Förfarandet enligt uppfinningen underlättas, om de två metallskikten eller metallbanden 10,11 är förenade med var- andra utmed en långsida, eftersom styrningen av banden då förenklas. Denna förening kan lätt åstadkommas, genom att banden bildas av ett dubbelt så brett band, vilket först har bockats väsentligen 1800 utmed sin längsgående mittlinje. 10 15 20 25 6 På samma sätt kan remsorna 12,13 vara förenade med varandra.The method according to the invention is facilitated if the two metal layers or the metal strips 10,11 are connected to each other along a long side, since the control of the strips is then simplified. This connection can be easily achieved by the bands being formed by a band twice as wide, which has first been bent substantially 1800 along its longitudinal center line. 10 15 20 25 6 In the same way, the strips 12,13 can be connected to each other.

Metallskikten tillverkas lämpligen av aluminiumplât med en tjocklek av t ex 0,25 mm, och ledningsröret tillver- kas lämpligen av kopparplåt med en tjocklek av t ex 0,H mm. Även andra metaller kan emellertid användas. Även om endast en utföringsform av värmeväxlarelemen- tet har visats och endast ett utföringsexempel på framställ- ningsförfarandet har angivits, är det uppenbart,att många modifikationer och variationer är möjliga inom ramen för uppfinningstanken. Ledningsröret med flänsar kan t ex till- verkas separat och sedan förses med omgivande metallskikt.The metal layers are suitably made of aluminum sheet with a thickness of, for example, 0.25 mm, and the conduit is suitably made of copper sheet with a thickness of, for example, 0.1 mm. However, other metals can also be used. Although only one embodiment of the heat exchanger element has been shown and only one embodiment of the manufacturing process has been given, it is obvious that many modifications and variations are possible within the scope of the inventive concept. The pipe with flanges can, for example, be manufactured separately and then provided with surrounding metal layers.

Flänsarna behöver icke heller ligga i samma plan, utan kan ligga i plan, som bildar vinkel med varandra, så att värme- växlarenheten, när den har sammansatts av ett flertal värme- växlarelement, får ett dragspelsliknande utseende, vilket kan vara önskvärt i en solfångaranordning för att få en jäm- nare energiupptagningsförmága hos solfångaranordningen vid varierande infallsvinkel för solljuset och vid uppfinningens tillämpning vid radiatorer i värmeledningssystem för bostä- der för att öka den värmeavgivande ytan. Flänsarna kan även göras osymmetriska, dvs olika breda, t ex för att uppnå en särskild effekt. Två uppblåsbara ledningsrör kan även anord- nas i varje element, antingen bredvid varandra eller på av- stånd från varandra, för att möjliggöra en ökning av ele- mentets bredd.The flanges also do not have to lie in the same plane, but can lie in planes which form an angle with each other, so that the heat exchanger unit, when composed of a plurality of heat exchanger elements, has an accordion-like appearance, which may be desirable in a solar collector device. to obtain a more even energy absorption capacity of the solar collector device at varying angles of incidence of sunlight and in the application of the invention to radiators in heat conduction systems for dwellings to increase the heat-emitting surface. The flanges can also be made asymmetrical, ie different widths, for example to achieve a special effect. Two inflatable conduits can also be arranged in each element, either next to each other or at a distance from each other, to enable an increase in the width of the element.

Claims

Claim 1. comprising two abutting metal layers (10,11) Heat exchanger elements, in particular for solar collector devices, and at least one metal conduit (15) arranged between the two metal layers for a heat-carrying medium, which conduit extends from an outer edge of the element to an opposite outer edge of the element, the two metal layers (10.1l) being coldly joined together on either side of the conduit (15) and the conduit over substantially its entire circumferential surface. is cold-collapsed with the portions of the metal layers (10,11) abutting against the mantle surface of the pipe, characterized in that the pipe (15) is provided with two projecting flanges (16,17), which are arranged on each side of the pipe and which protrudes between the two metal layers (10,11), the surfaces of the projecting pipe flanges (16,17) also being cold-assembled with the portions of the metal layers (10,11) abutting against the pipe flanges.

Heat exchanger element according to claim 1, characterized in that the two pipe flanges (16, 17) lie in the same plane.

Heat exchanger element according to claim 1 or 2, characterized in that the conduit (15) consists of two parallel strips (12, 13), which abut each other along their longitudinal edge parts and which are separated from each other in an area (14) about the longitudinal center lines of the strips, the longitudinal edge portions of the strips being cold-rolled together. HRS.

A method of manufacturing a heat exchanger element according to any one of claims 1-3, comprising continuously feeding two abutting metal strips (1Û, 11) and at least one metal pipe blank (12,13) lying between the metal strips between two rollers and providing of such a roll pressure that the metal strips are coldly coexisted with each other and with the metal pipe blank, characterized in that the metal pipe blank consists of two opposite metal strips (12, 13), which are caused to abut each other with their side surfaces and by 8205465-6 which one (13) on the side facing the other metal strip (12), in a strip-shaped section (lü), which extends in the longitudinal direction of the strip without reaching the longitudinal side edges of the strip, is prepared on the cone - conventional way of preventing cold overflow in this section, so that the metal strips are only collapsed with each other along their longitudinal side edges.

A method in which the two abutting strips (12, 13) of the metal tube blank according to claim H, characterized by each other, are formed by folding a wide strip along its center line, so that the two metal strips are joined together along a longitudinal side edge.