NL1004592C2

NL1004592C2 - Warmtewisselaarbuis en vervaardigingswijze daarvoor.

Info

Publication number: NL1004592C2
Application number: NL1004592A
Authority: NL
Inventors: Franciscus Roffelsen
Original assignee: Spiro Research Bv
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 1998-06-08
Also published as: US6192583B1; ATE205590T1; DK0941444T3; JP2000507694A; EP0941444B1; JP3314087B2; DE69706702D1; CA2272421C; AU5414898A; WO1998022769A1; DE69706702T2; ES2163200T3; PT941444E; EP0941444A1; CA2272421A1

Description

Titel: Warmtewisselaarbuis en vervaardigingswijze daarvoor

De uitvinding heeft betrekking op een warmte-wisselaarbuis voor het overdragen van warmte van een stromend medium naar een ander stromend medium, welke buis is samengesteld uit een metalen buitenbuis en een metalen 5 binnenbuis, waarvan de naar elkaar toegekeerde oppervlakken voorzien zijn van in hoofdzaak complementaire profileringen en stijf tegen elkaar aanliggen onder vorming van ten minste één zich tussen de buitenbuis en de binnenbuis uitstrekkend langskanaal voor lekdetectie. De uitvinding heeft tevens 10 betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke warmtewisselaarbuis.

Een dergelijke warmtewisselaarbuis is bekend uit de GB-A-2 109 913. De buiten- en de binnenbuis die tezamen de dubbelwandige warmtewisselaarbuis vormen, worden als gladde 15 buizen toegevoerd aan een vervormingsinrichting, die de buizen aanvankelijk in diameter reduceert, waarbij op de buitenbuis vinnen worden gevormd. Bij het einde van het ver-vormingsproces worden de tussen de vinnen gelegen delen van de buitenbuis tezamen met corresponderende delen van de bin-20 nenbuis binnenwaarts gedrukt, zodat een gegolfde buis met dubbele wand ontstaat, waarbij een lekdetectiekanaal resteert tussen telkens twee binnenwaarts gedrukte golfdelen van de dubbelwandige buis.

Bij deze warmtewisselaarbuis is echter niet gewaar-25 borgd, dat bij grote temperatuurverschillen en -wisselingen tussen de media aan weerszijden van de dubbelwandige warmtewisselaarbuis of in één der media het vlaksgewijze contact tussen de binnen- en de buitenbuis, dat de gewenste, goede warmteoverdracht moet verzorgen, op de vereiste wijze in 30 stand blijft. Uit proefnemingen is gebleken dat als gevolg van de uitzet- en/of krimpbewegingen van de binnen- en/of buitenbuis er een langzaam voortschrijdende splijting tussen beide buizen optreedt, die de warmteoverdrachtscapaciteit geleidelijk tot een minimum doet afnemen.

10 0 4 5 92 2

De uitvinding beoogt een warmtewisselaarbuis van het in de aanhef omschreven type te verschaffen, waarbij genoemde problemen zich niet meer voordoen.

Daartoe wordt de warmtewisselaarbuis volgens de 5 uitvinding gekenmerkt doordat de profileringen zodanig op ondersnijdende wijze in elkaar grijpen, dat bij het krimpen van de binnenbuis ten opzichte van de buitenbuis en/of het uitzetten van de buitenbuis ten opzichte van de binnenbuis de ondersnijdend in elkaar grijpende delen vaster tegen 10 elkaar worden getrokken.

Door de maatregelen volgens de uitvinding wordt een warmtewisselaarbuis verkregen die op relatief eenvoudige en goedkope wijze vervaardigd kan worden en die tevens door het vlaksgewijze contact dat bij temperatuursvervormingen nog 15 wordt geïntensifeerd, ook optimaal blijft functioneren bij het optreden van relatief grote temperatuurschommelingen en -wisselingen.

Een langskanaal kan hierbij worden gevormd door het aanbrengen van groeven op of in de profileringen. Overeen-20 komstig een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is evenwel op bijzonder gemakkelijke wijze te voorzien in langskanalen voor lekdetectie als althans de profilering van de binnen- of de buitenbuis aan het vrije randgedeelte is afgerond of afgeschuind. Aldus is op eenvoudige wijze een 25 aantal over de omtrek verdeelde langskanalen te vormen, die op bekende wijze aan lekkage-detectoren of -sensoren zijn te koppelen.

Als overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding de profileringen van buiten- en binnenbuis in 30 dwarsdoorsnede een in de richting van het vrije uiteinde continu wijder wordende vorm hebben, kunnen de op elkaar aangrijpende oppervlakken van de buiten- en binnenbuis in een nauw en vast contact worden gebracht en gehouden, welk contact bij temperatuursschommelingen door wigvormige klem-35 werking nog aanvullend wordt geïntensifeerd. Een dergelijke uitvoering is op relatief eenvoudige wijze te verwezenlijken als de profileringen van de buiten- en/of de binnenbuis in ’0 04 5 92 3 dwarsdoorsnede de vorm van een gelijkbenig trapezium hebben, zodat bij krimpen van de binnenbuis en/of uitzetten van de buitenbuis de profileringen door hun in elkaar grijpende zwaluwstaartvorm in vaster contact worden getrokken waardoor 5 een optimaal tegen elkaar aanliggen, en zodoende een goede warmteoverdracht, gewaarborgd is en blijft.

Een voorkeursuitvoeringsvorm wordt verkregen wanneer de profileringen van buiten- en binnenbuis schroefdraadvormig zijn aangebracht, een en ander zodanig dat de profi-10 leringen van binnen- en buitenbuis schroefdraadvormig met elkaar in ingrijping kunnen worden gebracht. Bij een andere bijzonder voordeelbiedende uitvoeringsvorm zijn de profileringen van buiten- en binnenbuis uitgevoerd als in langs-richting verlopende ribben, een en ander zodanig, dat de 15 profileringen van binnen- en buitenbuis als langsvertan-dingen in elkaar kunnen grijpen.

De uitvinding voorziet tevens in een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke warmtewisselaarbuis, waarbij de binnenbuis en de buitenbuis worden voorzien van 20 de gewenste profileringen, de binnenbuis in de buitenbuis wordt geplaatst en de aldus samengestelde buizen in een trekproces door koudvervorming een zodanige diameter-wijziging ondergaan dat de geprofileerde buitenwand van de binnenbuis zonder speling alzijdig zit aangeklemd tegen de 25 geprofileerde binnenwand van de buitenbuis. Door deze werkwijze kan het vervaardigen van de binnen- en de buitenbuis met relatief ruime toleranties plaatsvinden zodat de buizen gemakkelijk zijn samen te stellen, terwijl na vervorming de binnen- en buitenbuis fungeren als een 30 enkelvoudige, tegen sterke temperatuurschommelingen en -wisselingen bestand zijnde buis die steeds een optimale warmteoverdracht waarborgt. Door middel van bijvoorbeeld een treksteen kan tijdens het trekproces de binnendiameter van de buitenbuis worden verkleind en/of de buitendiameter van 35 de binnenbuis worden vergroot om te komen tot een als één geheel functionerend samenstel.

10 04 5 92 4

Daarbij is het samenstellen van binnen- en buitenbuis op bijzonder gemakkelijke wijze mogelijk als die buizen zodanig worden uitgevoerd dat de binnenbuis schroefbaar of schuifbaar in de buitenbuis is te plaatsen.

5 De uitvinding zal in het hierna volgende nader wor den toegelicht aan de hand van twee uitvoeringsvoorbeelden van een warmtewisselaarbuis volgens de uitvinding onder verwijzing naar de tekening.

Hierin toont: 10 Fig. 1 een eerste uitvoeringsvorm in langsdoorsnede; en

Fig. 2 een tweede uitvoeringsvorm in dwarsdoorsnede.

Fig. 1 toont in langsdoorsnede een warmtewisselaar 1, gevormd door een uit twee buizen 2, 3 bestaande warmte-15 wisselaarbuis 4 en een daaromheen aangebracht element, bijvoorbeeld een derde buis 5. De warmtewisselaarbuis 4 houdt een ruimte 6 voor een eerste medium gescheiden van een ruimte 7 voor een tweede medium. De buitenbuis 2 en de binnenbuis 3 van de warmtewisselaarbuis 4 bezitten op de naar 20 elkaar toegekeerde oppervlakken telkens een schroefdraadvormige profilering 8 respectievelijk 9, welke profileringen in elkaar grijpen.

De schroefdraadvormige profileringen 8, 9 hebben in dwarsdoorsnede de vorm van een gelijkbenig, omgekeerd opge-25 steld trapezium, hetgeen in het bijzonder de voorkeur verdient als de temperatuurverschillen tussen het ene medium in de ruimte 6 en het andere medium in de ruimte 7 of in een medium zelf, groot zijn. Het zwaluwstaartvormig in elkaar grijpen van de schroefdraadvormige profileringen 8, 9 voor-30 komt het zogenoemde "uiteen splijten" van de beide buizen 2, 3 die de warmtewisselaarbuis 4 vormen, waarbij uitzetten van de buitenbuis 2 en/of krimpen van de binnenbuis 3 leidt tot het vaster tegen elkaar aan drukken van de flanken van de profileringen 8 en 9.

35 De vrije randgedeeltes van de schroefdraadvormige profileringen 8 respectievelijk 9 zijn afgeschuind teneinde te voorzien in vier spiraalvormige, in langsrichting van de 1004592 5 warmtewisselaarbuis 4 verlopende kanalen 10, 11 respectievelijk 12, 13, die op bekende wijze voor lekdetectie kunnen worden gebruikt. Het is echter ook mogelijk slechts de rand-gedeeltes van één profilering 8 of 9 af te schuinen, hetgeen 5 tot twee langskanalen 10, 11 of 12, 13 leidt.

Figuur 2 toont in dwarsdoorsnede een warmtewisselaarbuis 4' bestaande uit een buitenbuis 2' met binnen-profilering 8' en een binnenbuis 3' met buitenprofilering 9'. De profileringen 8', 9' bestaan uit in langsrichting 10 verlopende ribben die als langsvertandingen in elkaar grijpen. Ook in dit uitvoeringsvoorbeeld zijn de vrije randen van de profileringen 8' en 9' afgeschuind en vormen per binnen- of buitentand vier kanalen 10', 11', 12', 13', die rechtlijnig in langsrichting van de warmtewisselaarbuis 4’ 15 verlopen. De profilering 8' van de buitenbuis 2' heeft een rechthoekige dwarsdoorsnede, terwijl de profilering 9' van de binnenhuis 3' in dwarsdoorsnede de vorm van een gelijk-benig, omgekeerd trapezium bezit.

Een warmtewisselaarbuis volgens Fig. 1 of 2 is te 20 vervaardigen door eerst de profileringen 8, 9 of 8', 9' op de binnen- en buitenbuis 2, 3 of 2', 3' aan te brengen en vervolgens de binnenhuis 3 of 3' in de buitenbuis 2 of 2' te schroeven of te schuiven. Daarna worden de samengestelde buizen in een trekproces door koudvervorming zodanig ver-25 vormd dat de afzonderlijke buiswanden van de buiten- en binnenbuis 2, 3 of 2', 3’ als het ware tot een enkele buis-wand worden verdicht. Doordat tijdens het trekproces de buitendiameter van de buitenbuis 2 of 2' wordt verkleind en/of de binnendiameter van de binnenhuis 3 of 3' wordt 30 vergroot, bijvoorbeeld met behulp van een treksteen, wordt het samenstel tot een als een ééndelige leiding reagerende warmtewisselaarbuis vervormd.

Het spreekt voor zich dat er binnen het kader van de uitvinding als neergelegd in de bijgaande conclusies nog 35 vele wijzigingen en varianten mogelijk zijn. Zo kunnen de profileringen ook andere vormen bezitten, zoals bijvoorbeeld een in langsrichting verlopend T-profiel. Ook kunnen in de 1004592 6 kantgedeelten van de profileringen of in de naar elkaar toegekeerde oppervlakken van de binnen- en buitenbuis groeven worden aangebracht die de langskanalen voor een lekdetectie vormen.

5 1004592

Claims

1. Warmtewisselaarbuis (4; 4') voor het overdragen van warmte van een stromend medium naar een ander stromend medium, welke buis is samengesteld uit een metalen buitenbuis (2; 2') en een metalen binnenbuis (3; 3'), waarvan de 5 naar elkaar toegekeerde oppervlakken voorzien zijn van in hoofdzaak complementaire profileringen (8, 9; 8', 9') en stijf tegen elkaar aanliggen onder vorming van ten minste één zich tussen de buitenbuis en de binnenbuis uitstrekkend langskanaal (10, 11; 10', 11') voor lekdetectie, met het 10 kenmerk, dat de profileringen (8, 9; 8', 9') zodanig op ondersnijdende wijze in elkaar grijpen, dat bij het krimpen van de binnenbuis (3, 3') ten opzichte van de buitenbuis (2, 21) en/of het uitzetten van de buitenbuis ten opzichte van de binnenbuis de ondersnijdend in elkaar grijpende delen 15 vaster tegen elkaar worden getrokken.

2. Warmtewisselaarbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de profileringen (8, 9; 8’, 9') van de buitenof de binnenbuis (2, 3; 2', 3') aan het vrije randgedeelte zijn afgerond of afgeschuind.

3. Warmtewisselaarbuis volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de profileringen (8, 9; 9’) van de buiten-en/of de binnenbuis (2, 3; 3') in dwarsdoorsnede een in de richting van het vrije uiteinde continu wijder wordende vorm hebben.

4. Warmtewisselaarbuis volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de profileringen (8, 9; 9') van de buiten-en/of binnenbuis (2, 3; 3') in dwarsdoorsnede de vorm van een omgekeerd gelijkbenig trapezium hebben.

5. Warmtewisselaarbuis volgens ten minste één der 30 conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de profileringen (8, 9) van buiten- en binnenbuis (2, 3) schroefdraadvormig zijn aangebracht, een en ander zodanig dat de profileringen van de binnen- en de buitenbuis schroefdraadvormig in elkaar kunnen grijpen. 10045 92

6. Warmtewisselaar volgens ten minste één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de profileringen (8', 9') van de buiten- en de binnenbuis (2', 3') zijn uitgevoerd als in langsrichting verlopende ribben, een en ander zodanig, dat 5 de profileringen van binnen- en buitenbuis als langsvertan-dingen in elkaar kunnen grijpen.

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een warmtewisse-laarbuis volgens ten minste één der conclusie 1-6, met het kenmerk, dat de binnenbuis (3; 3') en de buitenbuis (2; 2') 10 worden voorzien van de gewenste profileringen (8, 9; 8', 9 ' ) , de binnenbuis in de buitenbuis wordt geplaatst en de aldus samengestelde buizen in een trekproces door koud-vervorming een zodanige diameterwijziging ondergaan dat de geprofileerde buitenwand van de binnenbuis zonder speling 15 alzijdig zit aangeklemd tegen de geprofileerde binnenwand van de buitenbuis.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat tijdens het trekproces de binnendiameter van de buitenbuis (3; 3’) wordt verkleind en/of de buitendiameter van de bin- 20 nenbuis (2; 2') wordt vergroot.

9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de binnenbuis (3) en de buitenbuis (2) worden voorzien van corresponderende schroefdraadvormige profileringen (8, 9. en door in elkaar schroeven worden samengesteld.

10. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de binnenbuis (3') en de buitenbuis (2') worden voorzien van corresponderende, zich in langsrichting uitstrekkende profileringen {8'; 9') en door in elkaar schuiven worden samengesteld. 1004 5 92