SE467803B

SE467803B - HEAT EXCHANGE ELEMENT CONSISTING OF CLOSELY LOCATED PIPES INSTALLED IN A METAL BODY WITH GOOD CONDUCTIVITY, WHERE THE BODY IS PROVIDED WITH SURFACE-BASED ELEMENTS IN THE FORM OF STRUCTURED PYRAMIDS

Info

Publication number: SE467803B
Application number: SE9100124A
Authority: SE
Inventors: K Oestbo
Original assignee: Nordinvent Sa
Priority date: 1991-01-15
Filing date: 1991-01-15
Publication date: 1992-09-14
Also published as: EP0495762B1; DE69200068T2; SE9100124L; JPH0798260B2; EP0495762A1; JPH06134565A; SE9100124D0; ES2056702T3; ATE103063T1; DE69200068D1

Abstract

A heat exchanger element comprises three parallel tubes (11), which to a considerable part of their lengths are cast into a body (12) of a metal having good heat transferring properties and having a rectangular cross section. Within the portion of the tubes (11) enclosed by the body, the tubes are externally provided with helical rills (15), running in opposite directions, and are interconnected by tack welding outside the expected body, before the casting operation. The side faces of the body (12) are subdivided by means of transverse and longitudinal grooves (18, 19a, 19b), so heat transferring enlarging members (17) as truncated pyramids are formed. Members in adjacent rows are displaced sidewardly, so a zig zag pattern is formed, which causes turbulence in the second heat transporting medium flowing along the body. <IMAGE>

Description

467 803 _ 2 liga fyra sidoytor genom längs- och»tvärgáende spår är uppdelad så att de ytförstorande elementen väsentligen får formen av stympade pyramider anordnade i tvärgående rader, där element i varje rad i kroppen är förskjutna i sidled. en delning i förhållande till elementen i angränsande rader. Kroppens gods- tjocklek mitt för ett rör är företrädesvis ungefär lika med rörets diameter, varvid elementens höjd är ungefär lika med halva rördiametern. De kroppens ytor uppdelande spåren har lämpligen ungefär samma bredd som elementens basmàtt. 467 803 _ 2 four lateral surfaces by longitudinal and transverse grooves are divided so that the surface enlarging elements are substantially in the form of truncated pyramids arranged in transverse rows, where elements in each row of the body are displaced laterally. a division in relation to the elements in adjacent rows. The material thickness of the body in the middle of a pipe is preferably approximately equal to the diameter of the pipe, the height of the elements being approximately equal to half the pipe diameter. The grooves dividing the surfaces of the body suitably have approximately the same width as the basic dimensions of the elements.

För att öka rörens styrka är rören lämpligen rillade utvändigt genom i två motsatt riktade skruvlinjer löpande spår.To increase the strength of the pipes, the pipes are suitably grooved externally through grooves running in two oppositely directed helices.

Ett kompakt och effektivt värmeväxlarelement erhålls om man väljer att ha tre rör i varje element.A compact and efficient heat exchanger element is obtained if you choose to have three pipes in each element.

Uppfinningen kommer här nedan att beskrivas med hänvisning till bifogade ritning, på vilken Fig. 1 schematiskt visar en perspektivvy av ett värmeväxlarelement enligt föreliggande uppfinning, Fig. 2 är ett tvärsnitt genom elementet, och Fig. 3 visar ett parti av ena sidoytan i elementet.The invention will be described below with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 schematically shows a perspective view of a heat exchanger element according to the present invention, Fig. 2 is a cross section through the element, and Fig. 3 shows a portion of one side surface of the element.

Det i Fig. 1 schematiskt visade värmeväxlarelementet 10 inne- håller tre parallella rör 11 av högvärdigt material för ett första värmetransportmedium. Rören är placerade tätt invid varandra, och är i det färdiga elementet till en väsentlig del av sin längd kringgjutna med metall med god värmeledningsför- måga, så att man får en kropp 12 med utsträckningen "l" i rörens längdriktning, och med rektangulär tvärsektíon. Kroppen 12 antyds i figuren med streckade linjer samt ett kortare mitt- g parti, där utseendet i färdigt skick i huvudsak framgår.The heat exchanger element 10 schematically shown in Fig. 1 contains three parallel tubes 11 of high-quality material for a first heat transport medium. The tubes are placed close together, and in the finished element are for a substantial part of their length cast with metal with good thermal conductivity, so that a body 12 with the extent "1" is obtained in the longitudinal direction of the tubes, and with a rectangular cross-section. The body 12 is indicated in the figure by dashed lines and a shorter middle section, where the appearance in the finished condition is mainly shown.

Rören 10 kan vara tillverkade av rostfritt stål, titan eller dylikt, allt efter arten av det första värmetransportmediet. 46793 3 Rörens ändar ansluts till övre och undre samlings- och fördel- ningslådor 13,14, eller till angränsande element i en värmeväx- lare.The tubes 10 may be made of stainless steel, titanium or the like, depending on the nature of the first heat transport medium. 46793 3 The ends of the pipes are connected to the upper and lower collection and distribution boxes 13,14, or to adjacent elements in a heat exchanger.

Element av detta slag arrangeras på känt sätt tätt invid varandra inom ett yttre hölje, som styr flödet av det andra värmeväxlingsmediet utmed och mellan de enskilda elementen.Elements of this kind are arranged in a known manner close to each other within an outer casing, which controls the flow of the second heat exchange medium along and between the individual elements.

Av kostnadsskäl vill man använda tunt gods i rören 10 och för att dessa bättre skall kunna motstå trycket av den smälta metallen under pressgjutningen är rören utvändigt "rillade", dvs. mekaniskt behandlade så att man får två grunda, intryckta, spår 15, som löper i motriktade skruvlinjer utmed rören.For cost reasons, it is desired to use thin goods in the pipes 10 and in order for these to be better able to withstand the pressure of the molten metal during the die casting, the pipes are externally "grooved", ie. mechanically treated so that you get two shallow, pressed-in grooves 15, which run in opposite helices along the pipes.

Rillningen utförs endast inom det område (1) som kommer att täckas av den kringgjutna metallen. Rörens ändpartier lämnas orillade så att de bibehåller sin cylindriska form, vilket underlättar anslutningen av rören till fördelnings- och samlingslådor.The grouting is performed only within the area (1) that will be covered by the cast metal. The end portions of the tubes are left unillated so that they retain their cylindrical shape, which facilitates the connection of the tubes to distribution and collection boxes.

Rören 10 är inbördes förenade, t.ex. genom svetsfogstycken 16, utanför kroppen 12. Svetsfogstyckena kommer då icke att hindra metallens flöde under pressgjutningen.The tubes 10 are interconnected, e.g. through welded joint pieces 16, outside the body 12. The welded joint pieces will then not impede the flow of the metal during the casting.

Materialet i kroppen 12 är företrädesvis någon lättmetallege- ring, som är lätt att pressgjuta, och som låter sig formas till önskad ytförstoring. Den i detta fall valda ytförstoringen kommer att närmare förklaras i samband med Fig. 2 och 3. I Fig. 1 antyds endast ett antal tappar 17.The material in the body 12 is preferably some light metal alloy, which is easy to die cast, and which can be formed to the desired surface enlargement. The surface enlargement selected in this case will be explained in more detail in connection with Figs. 2 and 3. In Fig. 1, only a number of pins 17 are indicated.

Kroppens 12 sidoytor är genom tvärgående spår 18 uppdelade i korta stycken, vilka genom längsgående spår 19a,19b är ytterli- gare uppdelade, så att de önskade tapparna 17 erhålls i tvär- gående rader.The side surfaces of the body 12 are divided into short pieces by transverse grooves 18, which are further divided by longitudinal grooves 19a, 19b, so that the desired pins 17 are obtained in transverse rows.

Spåren 19a resp. 19b skär endast vartannat tvärgående spår 18, vilket innebär att tappar 17 i invid varandra belägna rader kommer att bli förskjutna en delning i förhållande till varandra. 467 805 Kroppen 12 formas lämpligen så att den med liten marginal omsluter rören, lämpligen så att godstjockleken mitt för ett rör 11 kommer att bli ungefär lika med rördiametern, och höjden på de ytförstorande tapparna 17 är företrädesvis halva rördia- metern.Tracks 19a resp. 19b cuts only every other transverse groove 18, which means that pins 17 in adjacent rows will be displaced by a pitch relative to each other. The body 12 is suitably shaped so that it encloses the pipes with a small margin, suitably so that the wall thickness in the middle of a pipe 11 will be approximately equal to the pipe diameter, and the height of the surface enlarging pins 17 is preferably half the pipe diameter.

De tvär- och längsgående spåren 18 resp. l9a, l9b formas av praktiska skäl med svagt konande sidor, med öppningsmàtt lika med djupet, dvs. ungefär en halv rördiameter.The transverse and longitudinal grooves 18 resp. l9a, l9b are formed for practical reasons with slightly conical sides, with opening dimensions equal to the depth, ie. about half a pipe diameter.

Tapparna 17 kommer därigenom att få formen av en stympad pyra- mid, och eftersom de längsgående spåren l9a, l9b, endast kommer att skära igenom varannan av de tvärgáende spåren 18 kommer tapparna 13 att bilda ett sicksack-format mönster, där tappar i en rad kommer att ligga mitt för de spår 19a eller l9b, som skär igenom angränsande tvärgáende spår 18.The pins 17 will thereby take the form of a truncated pyramid, and since the longitudinal grooves 19a, 19b will only cut through every other of the transverse grooves 18, the pins 13 will form a zigzag-shaped pattern, where pins in a row will be located in the middle of the grooves 19a or 19b, which intersect adjacent transverse grooves 18.

På detta sätt får man en upprepad splittring av det andra värmetransportmediets flöde utmed kroppens vägg i ett stort antal delflöden, som snabbt förenas igen, för att omedelbart splittras ånyo osv. Detta medför en intensiv turbulens som i hög grad förbättrar värmeövergángen.In this way you get a repeated splitting of the flow of the second heat transport medium along the body wall into a large number of partial flows, which are quickly reunited, to be immediately split again, and so on. This causes an intense turbulence which greatly improves the heat transfer.

För att tunnväggiga rör 11 ej skall skadas under pressgjut- ningen bör man ha minst två, inbördes förbundna rör. Rillningen medför en ökning av rörens styrka.In order for thin-walled pipes 11 not to be damaged during die-casting, there should be at least two interconnected pipes. The groove causes an increase in the strength of the pipes.

Antalet rör i varje element kan variera beroende på den kapaci- tet man önskar. Tre rör med mindre diameter ger ett kompaktare utförande än två rör med något större diameter, men erbjudande samma invändiga sammanlagda kontaktyta som de två rören.The number of pipes in each element can vary depending on the capacity you want. Three tubes with a smaller diameter provide a more compact design than two tubes with a slightly larger diameter, but offer the same internal total contact surface as the two tubes.

Det visade utförandet är endast ett exempel på uppfinningen, vars detaljer kan varieras pà många sätt inom ramen för efter- följande patentkrav. Det första värmetransportmediet kan utgö- ras av elström, varvid rören 11 kommer att innehålla elektriska motständselement. a.,The embodiment shown is only an example of the invention, the details of which can be varied in many ways within the scope of the appended claims. The first heat transport medium can be electricity, the pipes 11 will contain electrical resistance elements. a.,

Claims

457,805 Patent claims

Heat exchanger element of the kind containing in an elongate body (12) of a metal with good thermal conductivity cast tubes (II) of high quality material for a first heat transport medium, and wherein the body (12) is externally provided with the contact surface a second medium increasing element (17), characterized in that at least two tubes (11) with a length greater than the length of the body (12) are placed close together and before the casting are interconnected outside the expected body (13 ), that this has a rectangular shape and with a small margin encloses the tubes (11), wherein all four side surfaces of the body (12) are divided by longitudinal and transverse grooves (18, 19a, 19b) so that the surface enlarging elements are substantially in the form of truncated pyramids arranged in transverse rows, where elements in each row of the body are displaced laterally a division relative to the elements in adjacent rows.

Heat exchanger element according to claim 1, characterized in that the wall thickness of the body (12) in the middle of a pipe (11) is approximately equal to the diameter of the pipe, the height of the elements (17) being approximately equal to half the pipe diameter.

Heat exchanger element according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the grooves (18, 19a, 19b) dividing the surfaces of the body have approximately the same width as the base dimensions of the elements (17).

Heat exchanger element according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes (11) are grooved externally through two grooves running in opposite direction (15). 467 eos 6

Heat exchanger element according to one of the preceding claims, characterized in that the pipes (11) are three in number. 1-1!