NO169798B - Framgangsmaate for tilvirkning av en varmeveksler - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en framgangsmåte for framstilling av en varmeveksler av typen angitt i den innledende del av patentkrav 1, dvs. varmeveksler med sirkulasjonsrør for et første, varmevekslende medium og med overflate-forstørrende, plateformete lameller festet på utsida av sirkulasjonsrørene og anordnet for å omstrømmes av et andre, varmevekslende medium. Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen varmeveksler av nevnte type, der lamellene festes på sirkulasjonsrørene ved ekspandering av rørene, som strekker seg gjennom hull i lamellene.

Oppfinnelsen vedrører først og fremst en rørvarmeveksler av det nevnte slaget, der mediet inne i sirkulasjonsrørene skal utgjøres av en væske eller eventuelt av et medium, som skifter fase under varmevekslingen, og mediet på utsida av rørene skal være gassformig. Varmeveksleren er beregnet til brukes i korrosive industrielle omgivelser. Først og fremst er den beregnet å skulle kunne ivareta varme fra røykgasser, f.eks.fra røykgasser ved olje- eller kullfyrte kraftverk. Det kreves da en varmeveksler av kraftig utførelse. Den skal derfor være utført av stål. Videre kreves ofte ved slikt korrosivt miljø at varmeveksleren skal ha et tett, korrosjonsbeskyttende overflatebelegg, f.eks. av emalje, når det ikke er utført av et helt igjennom korrosjonsbestandig materiale. Oppfinnelsen er derfor spesielt innrettet på en slik rørvarmeveksler av typen rørvarmeveksler av typen lamellbatteri og festet til lamellene ved ekspandering av rørene samt utført av stål og med et tett overflatebelegg, dvs. en emalje som er motstandsdyktig mot skader.

Allment gjelder det for rørvarmevekslere med gass på utsida og væske på innsida av rørene at gassen gir en betraktelig dårligere varmeovergang enn væsken. Det kreves derfor en overflateforstørrelse på utsida av rørene. De to vanligste måtene å frambringe en slik overflateforstørrelse er følgende: a. Man utstyrer varmeveksleren med spiralomviklete flenser på rørenes utside. Flensene sveises vanligvis mot rørene for at varmemotstanden ved overgangen mellom flens og rør skal elimineres. Ved siden av roterende, regenerative varmevekslere for direkte varmeveksling mellom to gasser, f.eks. av typen Ljungstromsforvarmer, er slike rørvarmevekslere med spiralomviklete rør, dvs. med spiralomviklete flenser på rørene, de vanligste i ovennevnte industrielle sammenheng, når man trenger en overflateforstørrelse på rørenes utside. Man anvender ellers også rørvarmevekslere med slette rør. Idet man vil unngå den gasslekkasjen, som lett oppstår i de roterende varmevekslerne, er disse i stor grad blitt erstattet av varmevekslere med spiralomviklete rør.

b. Det er også velkjent å frambringe overflateforstørrelsen med plane lameller på varmevekslerrørenes utside. Lamellene utføres da oftest felles for flere varmevekslerrør. Disse lamellbatteriene forekommer imidlertid mest ved komfort-ventilasjon og i liknende sammenhenger. De utføres da med forholdsvis små dimensjoner i rør og lameller og dessuten i et mykt materiale som kopper eller aluminium. En vanlig framgangsmåte for å frambringe god varmeovergang mellom rørene og lamellene, dvs. god kontakt med høyt kontakttrykk i

overgangen mellom dem, er å feste lamellene på rørene ved å ekspandere rørene. Dette kan skje enten mekanisk ved at en dor eller spindel eller kule dras gjennom rørene eller hydraulisk ved at en væske pumpes til høyt trykk inne i rørene. Begge framgangsmåtene bygger på at rørmaterialets strekk-grense overskrides slik at en bestående formforandring og dermed et høyt kontakttrykk oppnås.

Ved lamellbatterier som anvendes i forbindelse med komfort- ventilasjon og liknende kan den omtalte fastsettingen av lamellene ved mekanisk eller hydraulisk ekspandering av rørene gjennomføres forholdsvis enkelt. Små dimensjoner anvendes da i rør og lameller, og dessuten er

jo disse utført i så myke materialer som kopper eller aluminium. Videre utstyres slike lameller med fjærende krager rundt hullene for varmevekslerrørene. Dette letter ekspanderingen og sikrer et visst bestående kontakttrykk mellom rørene og lamellene. Kragene fungerer også ofte som avstandsorgan mellom lamellene.

Lamellbatterier er derimot ikke kommet til anvendelse i den ovenfor nevnte industrielle sammenhengen tross i at de oppviser flere fordeler framfor varmevekslere med spiralomviklete rør. De oppviser bl. a.:

-større overflateforstørrelse

-lavere trykkfall

-mindre igjentetningsrisiko

-mer stabilt varmeveksler-legeme-billigere varmeveksler.

I de kraftigere rørvarmevekslerne, som er nødvendig i industrielle anvendelser, er altså først og fremst spiralomviklete rør eller i en del sammenhenger slette rør blitt anvendt. Disse rørvarmevekslerne er da også hovedsaklig utført av stål. At den ovenfor beskrevne utførelsesformen av lamellbatterier ikke er kommet til anvendelse kan ha flere årsaker. Dersom lamellbatterier skal utføres av stål, og særlig om de skal utstyres med en dekkende overflatebeskyttelse, foreligger nemlig flere vanskeligheter og problemer. Først og fremst kan følgende nevnes.

a. Det er vanskeligere å ekspandere varmevekslerrør av stål. For hydraulisk ekspandering av rør i stålbatterier kreves væsketrykk i rørene på opp til omkring 1000 bar ved de tykkelser av rørveggen, som normalt kreves i slike varmevekslere.

b. Det er vanskelig eller umulig å utstyre de kraftigere stållamellene med fjærende krager rundt hullene for varmevekslerrørene. Slike krager ville bl.a. sprekke. c. Når varmeveksleren skal utstyres med en dekkende overflatebeskyttelse, f.eks. av emalje, foreligger vanskeligheter med å sikre at emaljeflata blir helt tett, hvilket kreves for at korrosjonsbeskyttelsen skal bli tilfredsstillende. For at emaljeflata skal bli helt tett, kreves at varmeveksleren som er gjort klar for emaljering har helt slette overflater, som ikke oppviser spalter eller andre former for hull. Den kan heller ikke ha løstsittende overflatedeler av f.eks.

sveiseslagg eller såkalte sveiseperler, som kan slås løs ved feiing eller annen håndtering og etterlate hull i emaljeflata. Den kjente utførelsesformen med fjærende krager rundt lamellenes hull for varmevekslerrørene kan ikke anvendes, ettersom spalter og sprekker rundt kragene ville ødelegge emaljeflata. De forårsaker bl. a. blæredannelse i emaljen slik at denne senere lett sprekker opp. De kan også i seg selv gi ett ufullstendig overflatebelegg og dermed korrosjonsskader. Den utførelsesformen gir heller ikke en tilstrekkelig stabil festing av lamellene. Fjæringen i festingen forårsaker i seg selv sprekkdannelse i emaljeflata.

Fra US patentskrift 3.432.905 er det kjent en framgangsmåte for tilvirkning av varmevekslerrør ved sammenføyning av flate plater til den utvendige overflata av et tynnvegget rør ved å introdusere en væske i røret og å fryse deler av montasjen mens røret omgis med tettsittende rørplater (sammendraget). Ved gjennomføring av denne framgangsmåten blir en ende av hvert av rørene kapslet med gummitopper (kolonne 4, linje 2 og 3). Deretter blir rørene fylt med vann, som fryses og dermed ekspanderer i en retning, som ikke lenger er kontrollerbar under denne fryse-ekspansjonsprosessen. En kan lett forestille seg at det er vanskelig eller selv ganske umulig å fjerne all luft, urenheter osv. fra rørenes indre, som videre kan være ujevne, slik at en ujevn ekspansjon utføres. Det er også vanskelig eller selv umulig å utføre jevn frysing av hele rørenes indre. Mest sannsynlig vil en del eller deler endre fase før de andre, og slike områder vil utvilsomt ekspandere betydelig inn i de andre delene eller områdene, hvor sistnevnte deretter vil ekspandere på tiltenkt måte mens førstnevnte ikke vil. I denne beskrivelsen er den forholdsvis kompliserte og følsomme natur ved denne eldre framgangsmåten klart framhevet, hvor det i kolonne 2, linje 45-60 på norsk lyder "..det skal bemerkes at det er en viss toleranse mellom lamellen og rørveggens utside. Bestemmelse av toleransegraden er et viktig aspekt ved oppfinnelsen dess større toleransen er dess lettere vil apparatet kunne settes sammen.... Selvsagt må toleransen ikke være så stor at røret etter ekspansjon ikke vil kunne bringes i kontakt med lamellen. Ved bestemmelse av den passende toleransen, må flere faktorer tas i betraktning, slik som konstruksjonsmaterialer, rørets elastisitetsgrense, rørdiameter, den tillatte tilvirkningstoleranse for røret, og væsken som velges til frysing inne i røret." Oppfinnerens egne ord fra denne eldre framgangsmåten viser at det ikke bare er denne framgangsmåtens gjennomføring som er heller komplisert, men også at det bare er visse spesielt utvalgte dimensjoner, materialer og egenskaper som kan anvendes med denne framgangsmåten, som på tross av alle disse anstrengelsene ikke tillater noen kontroll under ekspansjonen, hvor graden av sistnevnte også motvirkes av det faktum at elastisitetsgrensen for ethvert materiale generelt og metall spesielt i særdeleshet er svært lav ved temperaturer under frysepunktet, særlig ved-15°C, som nevnt i beskrivelsen (kolonne 4, linje 10). Følgelig er en slik framgangsmåte fullstendig ute av betraktning for tilvirkning av en montasje, som oppviser en slik høy kvalitet og jevne egenskaper at den passer for garantert høy varmeovergang og emaljering. Dessuten er det i beskrivelsen ikke nevnt noe om natur og egenskaper ved hullene som er forsynt i lamellene, hvor en må trekke den konklusjon at ved ferdigstillelse av fryse-ekspansjonen vil deler av lamellene ha blitt underlagt utilstrekkelig ekspansjon og vil således være mer eller mindre løse, hvor deler potensielt vil være forbundet med stresstilstander, uten at det kan legges merke til rent umiddelbart, og endelig vil det alltid være en stor fare for at rørene sprekker helt eller delvis, som er langt vanskeligere å legge merke til i forbindelse med en ekspansjonsprosess anbefalt ved den foreliggende oppfinnelsen. De rettmessige strenge betingelsene og lovene som i dag er pålagt produsenter av slikt utstyr, særlig av miljøhensyn, ville fullstendig anse en slik framgangsmåte som beskrevet i US patentskrift 3.432.905for å være uegnet og upålitelig. En slik produksjonsmetode er også svært tidkrevende og kostbar. Ingenting er beskrevet om belegging og anvendelse i korrosive omgivelser, som begge er ansett for å være umulig av forannevnte grunner.

Emaljering av glatte rør i varmevekslere av typen som det vises til i denne beskrivelsen eller

i en annen type slik som en vannvarmer ifølge US patentskrift 3.268.989 er forsåvidt tidligere kjent. En slik enklere teknikk er ganske kjent og foranlediger ingen spesielle vanskeligheter som imidlertid oppstår når ei glatt overflate skal brytes av de påsveisete lamellene, hvor den sveisete roten før emaljering må glattes forsiktig, f.eks. ved sliping, og deretter også renses. Disse vanskelighetene har inntil nå ikke blitt overvunnet, når lamellene måtte festes til rørene ved hjelp av en ikke-homogeniserende framgangsmåte slik som rør-ekspansjon. I henhold til US A 3.268.989, kolonne 3, linje 9-10, som sier "Rørene som har blitt påbrent et belegg plasseres i posisjon i trekk-kravene i toppen.", er det åpenbart at ikke bare lameller eller tilsvarende mangler men rørene allerede emaljert når montert inn i endeplatene (henholdsvis topp og bunn). Etter emaljeringen og monteringen, blir rørene og endene sveiset sammen. Endene er ikke flate men forsynt med nevnte trekk-kraver, og det er ganske åpenbart at det ikke kreves noe kontakttrykk mellom rørene og endene, siden det ikke forventes å opptre noen varmeovergang mellom disse. Den kjente teknikken vil følgelig ikke lede fram til en løsning som beskrevet i den foreliggende oppfinnelsen.

Videre er det i henhold til US A 1.818.592 kjent en framgangsmåte for montering av radiatorelementer, dvs. lameller utstanset med en sentral perforering fra ei stansepresse (side 1, linje 63-68). Hovedideen bak denne tidligere kjente framgangsmåten er å framskaffe et middel for å holde lamellene på plass mot hverandre uten hjelp av avstandsstykker slik som hylser, mens en mekanisk ekspansjonsanordning tvinges gjennom bærerøret, som således får større diameter, som i seg selv er tidligere kjent (side 3, linje 45-55). Det er ikke nevnt noe om natur og egenskaper ved lamellene, lamellhullene og rørene og deres innbyrdes sammenheng, og intet er nevnt om belegging av det monterte produktet, for ikke å snakke om noen emaljering. Den mekaniske ekspansjonen tillater naturligvis ikke noen finjustering av rørekspansjonen uten utskiftning av ekspansjonsanordningen, som ville vært tidkrevende. Av samme grunn er det heller ikke mulig å ekspandere røret gradvis, og store vanskeligheter er påregnet ved ekspansjon av

stålrør på denne måten, som ikke trenger å være mulig i det hele tatt.

Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er derfor å frambringe en varmeveksler, som ikke er beheftet med ulempene som tidligere kjente varmevekslere har, og som oppfyller de ovenfor nevnte krav og ønsker. Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å frambringe en framgangsmåte for tilvirkning av en slik varmeveksler.

Oppfinnelsen løser disse problemene ved hjelp av framgangsmåten som angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere særtrekk ved oppfinnelsen framgår av de uselvstendige patentkrav 2 og 3.

Med en slik løsning unngår man at spalter mellom lamellkrager og rør gjemmer olje, fuktighet eller luft, som i forbindelse med overflatebehandling, f.eks. emaljering med brenning av overflatebelegget i ovn ved ca. 800°C, gir opphav til gassblærer og dermed ødelegger beskyttelsessjiktet. Løsningen gir også en stabil festing av lamellene uten fjærende festedetaljer. Videre minskes den nødvendige ekspansjonsgraden for feste av lamellene på varmevekslerrørene.

Løsningen innebærer videre at lamellenes hull for varmeveklserrørene skal være opptatt ved hjelp av skjærende bearbeiding og/eller ved hjelp av en framgangsmåte for finstansing eller en annen slik framgangsmåte, slik at lamellenes kontaktflater mot varmevekslerrørene er parallelle med varmevekslerrørenes lengdeakse langs tilnærmelsesvis hele den aksielle utstrekningen av hullene. Med den løsningen sikrer man en varmeledende kontakt mellom lamell og rør over hele hullveggens flate. Ved stansing av rørhull i lameller ved hjelp av vanlige, enkle framgangsmåter for stansing får hullene en svakt konisk veggflate. Da dannes en spalte mot rørveggen, og man får ikke en slik full, varmeledende kontakt. Med den angitte løsningen unngås dette og dessuten at slike spalter mellom hullvegg og rør forårsaker de nevnte skadene ved emaljering av varmeveksleren. Nødvendig ekspanderingsgrad for feste av lamellene på varmevekslerrørene minskes også ytterligere.

Dimensjonene på rør og lameller, som har vist seg å være mest hensiktsmessig å anvende, når oppfinnelsen tillempes på lamellbatterier som er laget av stål, er en rørvegg-tykkelse fra 0.5 til 5.0 mm og en lamellplate-tykkelse fra 0.4 til 5.0 mm.

I henhold til oppfinnelsen blir lamellene festet til varmeveksleren ved hydraulisk ekspansjon av rørene slik at deres ytre perifere overflate forstørres. En spesiell fordel ved denne hydrauliske ekspansjon av rørene er at røret svelles lett utover mot lamellens mellomrom. Dette bidrar til oppnåelsen av et godt feste av lamellene mens det på samme tid blir gitt mulighet for å sjekke graden av ekspansjon, ved å måle det frie rørtverrsnitt mellom lamellene.

Løsningene i samsvar med de nevnte patentkravene gir helt slette lamell- og rørflater i varmeveksleren, hvilke er hensiktsmessige for overflatebehandling, også emaljering. Varmeveksleren får en stor varmeoverførende flate og gir lavt trykkfall for den gassen som skal strømme gjennom den. Den er lett å rengjøre for belegg, som kan hindre varmeoverføringen, ettersom den er lett tilgjengelig i alle deler med ulike rengjøringsverktøy og ikke tettes igjen av

fremmede gjenstander. Den kan videre tilvirkes raskt og til lav pris i store serier.

Ved emaljering av glatte rør, dvs. uten lameller, er som nevnt tidligere kjent og er selvsagt en svært ønskelig beskyttelse; i korrosive omgivelser vil det ikke nytte med noe annet enn en fra ende til annen beskyttet varmeveksler. Små sprekker i emaljen i for eksempel et baderomsrør eller selv i en vannvarmer er ukritisk for funksjonen til et slikt formål, som ikke desto mindre kan vare i mange år, selv uten at slike mangler blir merkbare. Dette er definitivt ikke tilfelle med varmevekslere i korrosive industriomgivelser, hvor kjemiske forbindelser slik som svovel raskt påvirker enhver liten utildekket del og reagere med denne for å tillate spredning av en slik tiltagende korrosjon til nærliggende deler, slik at en lekkasje i veksleren raskt blir et faktum. Det skal bemerkes at det i slike omgivelser ikke bare råder farlige kjemiske forbindelser men også svært høye temperaturer, for eksempel opptil 500°C og høyere. Dette medfører betydelige ekspansjoner og kontraksjoner i varmevekslerens deler når denne tas i bruk og når de respektive industrielle prosessene avbrytes regelmessig eller uregelmessig. Dette betyr også at, ettersom det er minst fire ulike deler eller elementer, dvs. rørene, emaljen som dekker disse, lamellene med tilhørende emalje, normalt neglisjerbare innebygde spenninger kan utvikles videre og adderes til temperaturbetingete bevegelser av delene i forhold til hverandre. I praksis vil dette medføre at sprekker kan oppstå og mindre sprekker eller indikasjoner på slike vil utvikles videre til større sprekker som gir adgang til nevnte ødeleggende kjemiske forbindelser.

Alle disse aspektene har blitt grundig overveid, og den oppfmneriske tilnærming er således ikke basert på noen teatermessige trekk men på en kombinasjon av nøyaktige og overveide mål, som sammen resulterer i et produkt som har blitt testet under tøffe betingelser og ble funnet å ha fremragende kvaliteter, dvs. slike kvaliteter som var formålet med denne oppfinnelsen og som er et krav for en varmeveksler som skal anvendes under ofte svært korrosive betingelser.

For det første ble det funnet at normal stansing av gjennomgående hull i lamellene vil resultere i lett koniske hullvegger som danner et gap som omgir det aktuelle røret og som fanger luft og/eller urenheter som har en fatal innvirkning på den etterfølgende emaljeringsprosessen som tidligere nevnt. Denne koniske hullveggen hindrer videre det omgitte røret når det er ekspandert fra å komme inn i fullstendig god kontakt med disse samtidig med at den ønskete kontakten mellom disse delene ikke vil bli fullstendig etablert. På grunn av disse koniske hullvegene, kan også utilbørlig spenning bygges inn i lamellene, hvis spenning kan framheves og etableres under både emaljeringsprosessen og den etterfølgende aktuelle bruken av varmeveksleren under nevnte strenge betingelser. En konisk hullvegg betyr videre at det finnes en topp eller tilsvarende med mindre dimensjon, og har følgelig utsatt for deformasjon til en viss grad under den etterfølgende ekspansjonsoperasjonen. Slik deformasjon kan frambringe små forhøyninger og/eller ekstra fordypninger som er ødeleggende for et fullstendig tilfredsstillende emaljeringsresultat. Følgelig er anvendelsen av en nøyaktig metode for tilvirkning av hull, slik som fin-stansing, drilling, kutting eller sliping, et overveid oppfinnerisk trekk som resulterte i full kontakt mellom røret og det omgivende lamellmaterialet uten noe gap og følgelig rom for luft og/eller urenheter og uten mulighet for noen utilbørlig, dvs. skjev belastning men bare ønsket belastning eller kontakttrykk i lamellenes plan. Siden det ikke eksisterer noen skjeve eller utstikkende deler, vil det vanskelig finne sted noen deformasjon av lamellmaterialet som omgir røret, selv under høye ekspansjonstrykk, som kunne gi negativ påvirkning på den etterfølgende emaljering.

For det andre ble det funnet at ekspansjonen av rørene alene ikke vil etablere det ønskete kontakttrykket mellom rørene og lamellene, og uten et garantert varig kontakttrykk vil ikke bare varigheten av emaljebelegget settes på spill, men også hele økonomien for en slik varmeveksler vil være uattraktiv. Derfor er oppfinnelsen, som et ytterligere framgangsmåtetrinn,karakterisertved kontrollert hydraulisk ekspansjon ved pumping av en væske under høyt trykk gjennom rørene. Denne ekspansjonsmetoden tillater en vidt varierbar anvendelse av trykk og unngår således enhver sjokkbehandling av røret, som kan resultere i sprekker eller brudd. Samtidig er det under dette framgangsmåtetrinnet full adgang til montasjen, slik at ekspansjonshastigheten kan måles eller kontrolleres kontinuerlig på enhver passende måte. Det er selvsagt også mulig å introdusere pumpevæska ved enhver temperatur eller at røret f.eks. varmes til enhver temperatur som kan lette utførelsen av dette framgangsmåtetrinnet og f.eks. strekke deformasjonsgrensen ytterligere.

Som tidligere nevnt, er kontaktarealet mellom røret og lamellene svært kritisk, og et høyt og varig kontakttrykk mellom disse delene er ønskelig og enhver ødeleggende deformasjon må unngås. I motsetning til f.eks. mekanisk ekspansjon er den hydrauliske ekspansjonen svært skånsom overfor disse områdene og er ikke desto mindre svært effektiv. Et effektivt og varig kontakttrykk etableres på grunn av utbulninger som dannes mellom tilstøtende lameller og skaper et slags vinkeltrykk inne i og rundt lamellhullene. Mens det normalt alltid er et betydelig tap av kontakttrykk etter vanlig hull-laging og f.eks. mekanisk ekspansjon, har forsøk med en varmeveksler tilvirket i henhold til oppfinnelsen vist at tapet av kontakttrykk er neglisjerbart, dvs. tap mindre enn 3%, som er et svært godt resultat.

For det tredje er den foreslåtte emaljering, ifølge oppfinnelsen av en montasje framkommet på denne måten, kun hensiktsmessig takket være de gode egenskapene som oppnås ved de to forannevnte framgangsmåtetrinnene. Emaljeringen foreslått ved oppfinnelsen omfatter at montasjen dekkes med emalje råmateriale for deretter å brenne den i ovn ved temperaturer rundt 800°C,fortrinnsvis høyere. En slik høy temperatur, som selvsagt har sammenheng med den valgte emaljesubstansen, sikrer at etterfølgende bruk av en slik varmeveksler i korrosive omgivelser med høy temperatur er mulig, og at det oppnås en tilfredsstillende dekning under emaljeringsprosessen. På grunn av denne svært høye emaljeringstemperaturen, forslår oppfinnelsen avslutningsvis sakte avkjøling for å ta hensyn til temperaturbetingete kontraksjoner og mulige andre bevegelser, og unngår således på en nøyaktig måte alle sprekker eller indikasjoner på sprekker i det gjennomtrengende emaljelaget. Som tidligere nevnt, har det blitt utført forsøk med fremragende resultater som har overrasket eksperter. Oppfinnelsen kan således betraktes som et verdifullt bidrag til forbedret økonomi og forbedret miljø.

Et utførelseseksempel av en varmeveksler i samsvar med oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til vedlagte tegning. På tegningen viser:

fig. 1 varmeveksleren sett ovenfra, med avkortet, overskåret lengde,

fig. 2 varmeveksleren sett fra sida,

fig. 3 en av varmevekslerens lamellplater,

fig. 4 snitt av en del av et varmevekslerrør med lameller i samsvar med oppfinnelsen, der varmevekslerrøret er ekspandert hydraulisk for feste av lamellene,

fig. 5 snitt av en del av et varmevekslerrør i et lamellbatteri i samsvar med tidligere kjent teknikk,

fig. 6 del av varmevekslerrør i kontakt med ei lamellplate i samsvar med oppfinnelsen der hullet i lamellplata er opptatt ved hjelp av en vanlig framgangsmåte for stansing,

fig. 7 del av varmevekslerrør i kontakt med ei lamellplate i samsvar med oppfinnelsen, der hullet i lamellplata er opptatt ved hjelp en framgangsmåte for fin-stansing.

I figur 1 vises varmeveksleren 10 med gavlplater 12, lameller 14 og varmevekslerrør 16. Rørene strekker seg gjennom hull 18 i lamellene og gavlplatene. Hullenens og rørenes plassering i det valgte eksemplet framgår av figurene 2 og 3. Utenfor gavlplatene har i det viste eksemplet varmeveksler- utførelsesformen to av varmevekslerrørene tilslutningsdeler 20, mens de øvrige rørene har 180°rør-bend eller -knekker 22, hvilke parvis forbinder rørene med hverandre til en serpentinformet passasje. Rørbendene og tilslutningsdelene kan være forenet med varmevekslerrørene ved hjelp av sveise-sammenføyninger 23.

Gavlplatene 12 oppviser vinkelrett bøyde flenser 24 langs langsidene. Flensene gir øket stabilitet til gavlplatene og varmeveksleren. Slike flenser kan, om det anses hensiktsmessig, anordnes også på gavlplatenes kortsider. Flensene anvendes for montering av varmeveksleren i bygg og anlegg, dvs. for dennes tilslutning til andre kanaldeler og/eller for sammensetning av flere varmevekslerenheter i rekke etter hverandre for dannelse av en større varmevekslerpakke.

Fig. 4 viser i snitt et detaljriss, der i samsvar med oppfinnelsen lameller 14 er festet på et varmevekslerrør 16 etter hydraulisk ekspandering av røret. Røret og lamellene vises belagt med et beskyttende overflatesjikt 26 av emalje. Det framgår at røret i rommet mellom lamellene har en utad noe velvet flate 28, som er dannet ved hjelp av den hydrauliske ekspansjonen. Forhøyningens størrelse avhenger av bl.a. materialvalg og materialdimensjoner og er omtrent 0,8 mm for et rør med diameter 18 mm. Velvningen bidrar til at lamellene festes stabilt, samtidig som den gir en ekstra mulighet til kontroll av ekspanderingen ved måling av diameteren på røret mellom lamellene.

For sammenlikning vises i fig. 5 et liknende detaljriss av et vanlig lamellbatteri av kjent utførelse så som det anvendes i forbindelse med komfort-ventilasjon. Lamellene 30 er der utstyrt med fjærende krager 32 rundt hullene for varmevekslerrørene 34. Ettersom slike lameller er tynne og utført av et mykt materiale, f.eks. aluminium, har kragene kunnet framstilles på en enkel måte direkte fra lamellmaterialet. Kragene fungerer i det viste tilfellet også som avstandsorgan mellom lamellene. Deres hovedoppgave er imidlertid å sikre en tilstrekkelig kontaktflate og et tilstrekkelig kontakttrykk mellom varmevekslerrøret og lamellene, slik at en god varmeovergang oppnås. Festingen av lamellene har skjedd ved ekspandering av varmevekslerrøret. Denne ekspanderingen for å gi et tilstrekkelig kontakttrykk er forenklet foruten av at varmevekslerrøret har liten veggtykkelse og er utført i et mykt materiale, f.eks. kopper, også av at kragene gir en viss fjæring i forbindelsen mellom lamellene og varmevekslerrøret.

Ved en sammenlikning mellom en utførelsesform i.samsvar med oppfinnelsen så som den vises i figur 4 og den tidligere kjente utførelsesformen i samsvar med fig. 5 framgår at den kjente utførelsesformen ikke er hensiktsmessig for varmevekslere, som skal utstyres med et slikt overflatebelegg som f.eks. emalje. Spalter, sprekker og hull rundt kragene 32 i samsvar med figur 5 ville utgjøre hinder for en fullgod emaljeflate. Likeledes ville fjæringen i festingen forårsake sprekker i emaljen.

Ved den i figur viste utførelsesformen i samsvar med oppfinnelsen er det derimot ingen slike spalter m.m. mellom lamellkrager og varmevekslerrør. Ved denne utførelsesformen har lamellene og rørene i varmeveksleren så godt som overalt helt slette flater, som ved overflatebelegg av f.eks. emalje kan gi et svært slitesterkt og helt tett overflatesjikt. Festingen av lamellene er samtidig så stabil at noen fjæring i festingen, som skulle kunne skade emaljen, ikke forekommer. Festingens stivhet gir også den fordelen at den nødvendige ekspanderingsgraden for feste av lamellene på varmevekslerrøene er betydelig lavere enn ved de kjente typene lamellbatterier med hydraulisk eller annen ekspandering av rørene for fastsetting av lamellene.

Figurene 6 og 7 viser hvordan varmeveksleren i samsvar med oppfinnelsen kan ha en enda bedre utførelsesform i blant annet ovennevnte tilfeller. Dette oppnås ved at hullene 18 i lamellene for den varmeoverførende kontakten med varmevekslerrørene er utført på en så nøyaktig måte at kontaktflata mot varmevekslerrørene i lamellenes hull er parallell med rørenes lengdeakse langs tilnærmet hele den aksielle utstrekningen av hullene. Figur 6 viser hvordan hullet i lamellen etter en vanlig stansningsframgangsmåte har en noe konisk veggflate 36. Denne koniske hullvegg-flata gir en slik spalte 38 mot varmevekslerrøret 16

at i samsvar med forklaringen ovenfor kan skader framkomme på f.eks. et emaljebelegg. Med en mer nøyaktig finstansningsframgangsmåte eller en annen nøyaktig framgangsmåte kan hull med hullvegger 40 i samsvar med fig. 7, hvilke er parallelle med rørets lengdeakse og dermed dets opprinnelige mantelflate langs tilnærmet hele lengden av hullet, frambringes. Et lite avvik 42 akkurat der stansingen har passert ut av lamellplata kan imidlertid aksepteres. Med denne mer nøyaktige utførelsesformen i samsvar med fig. 7 dannes ingen spalte mellom rørveggen og lamellenes hullvegger, som skulle kunne skade overflatesjiktet av f.eks. emalje. En svært kraftig og motstandsdyktig emljeflate kan oppnås. Den viktige varmeovergangen mellom lamellene og rørene er sikret ved at den kontaktflata mellom dem, som har et jevnt fordelt, høyt kontakttrykk etter den hydrauliske ekspanderingen av rørene, er større. Dessuten er den nødvendige ekspanderingsgraden for lamellenes feste på varmevekslerrørene minsket ytterligere.

Eksempel på andre nøyaktige framgangsmåter for å frambringe hull 14 med sylindriske vegger er ulike typer bearbeiding ved skjæring. Disse framgangsmåtene er imidlertid mer tidkrevende og særlig for lange tilvirkningsserier mer kostbare. Derfor foretrekkes den ovenfor beskrevne finstansings-framgangsmåten.

Varmevekslerens beskyttende overflatebelegg av emalje er det mest holdbare og motstandsdyktige materiale.

Påføringen av et overflatebelegg av emalje på varmeveksler omfatter følgende behandlingstrinn: -rengjøring: påføring av emaljebelegg (dypping eller "float coating" med flytende emaljemateriale

-tørking

-brenning

-avkjøling.

For å forhindre framkomst av bobler og sprekkdannelse i emaljen på varmeveksleren, må det tas særlige hensyn til tørkings- og avkjølingstrinnene for å oppnå et ugjennomtrengelig overflatebelegg.

Tørkingen utføres normalt fra utsida ved forhøyet omgivelsestemperatur eller i strålingssone. Overflatesjiktet vil da tørke ut først og danner et "skinn" som vanskeliggjør eller forhindrer fjerningen av de siste restene av fukt ved roten av lamellene mellom lameller og rør. Denne fukten kan være overflatebundet til overflata på emaljematerial- partiklene eller holdes tilbake av kapillareffekter mellom lamellene og rørene, noe som ytterligere forsinker fjerningen av de siste fuktrestene.

Resultatet blir at bobler oppstår under brenningen av emaljelaget. Dette forårsakes av den voldsomme volumøkningen av vannet, når det går over til damp med høy temperatur.

(Brenningen skjer ved en temperatur over 800°C).

I samsvar med et ytterligere trekk ved oppfinnelsen utføres tørkingen av det flytende emaljebelegget innenfra og ut under anvendelse av varmevekslerens sirkulasjonsrør. Et oppvarmet medium, f.eks. en varm gass ledes inn (pila A) gjennom en av tilslutningsdelene 20 eller røråpningene, passerer gjennom sirkulasjonsrørslyngen og avgir sin varme til rørene 16 og lamellene 14 og passerer ut (pila B) gjennom den andre tilslutningsdelen 20 eller røråpningen. På denne måten oppnås en omvendt temperaturgradient, og fukten fjernes med start innenfra. All fukt drives ut, også fra de ufravikelige kapillære lommene mellom lamellene 14 og rørene 16. Den varme gassen kan hensiktsmessig tilføres ved hjelp av et samlingsrør for flere sirkulasjonsrørslynger.

Avkjølingen av varmeveksleren må være langsom, ellers oppstår sprekker ved lamellenes røtter, der de er tilsluttet til rørene. I samsvar med oppfinnelsen bringes varmeveksleren til å kjøles langsomt (fra en brenningstemperatur på 800-840°C til 500°C i løpet av 15 minutter). Dette tilsvarer en avkjølingshastighet på omkring 20°C/min.

Det er viktig at rør-bendene 18 sveises fast til rørene 16 etter den hydrauliske ekspanderingsoperasjonen. Ellers kan det oppstå innebygde spenninger i rørsystemet, hvilke utløses under brenningen og forårsaker sprekkdannelse i det tørkete emaljelaget under oppvarmingsperioden.

Det beskrevne eksemplet oppviser en eneste rør-slynge gjennom varmeveksleren med innløp og utløp på samme side. Det er selvfølgelig mulig å dele rørslyngen i flere rørslynger ved å anbringe flere tilslutninger 20 istedet for rørbender 22. Slike rørtilslutninger kan selvfølgelig også anbringes på begge gavlene.

En varmeveksler av det beskrevne slaget kan gis svært store dimensjoner. Rørlengden kan være opptil ca. 10 m, og rørdiameteren opp til ca. 75 mm. Den anvendte godstykkelsen i rørveggene kan være minst opptil omtrent 5 mm. Flensenes tykkelse kan likeledes være opptil 5 mm. Hensiktsmessig anvender man større godstykkelse i gavlene enn i lamellene. Eksempelvis kan gavltykkelsen være 5 mm og tilsvarende lamelltykkelse omtrent 1 mm. Varmeveksleren i samsvar med oppfinnelsen bør være tilvirket av stål for å oppfylle kravene til temperaturbestandighet, motstandskraft mot slitasje og for å få hensiktsmessige egenskaper for emaljering eller annen overflatebehandling.

For de fleste tillempninger skal veggtykkelsen for stålrør være 0,5-3 mm, fortrinnsvis omtrent 2 mm, mens tykkelsen på lameller av stål montert på disse skal være 0,4-4 mm, fortrinnsvis omtrent 1,25 mm.

Claims (3)

1. Framgangsmåte for tilvirking av en varmeveksler (10) for bruk innen korrosive industrielle omgivelser, bestående av sirkulasjonsrør (16) av stål for transport av et første varmeoverførende medium, dvs. en væske eller valgfritt et medium som endrer aggregattilstand under varmeveksling, hvor det festes overflate-økende gjennomgående flate plateliknende lameller (14) av stål til den ytre overflata av sirkulasjonsrørene for kontakt med et andre varmeoverførende medium, dvs. en gass, ved forlengelse av rørene gjennom hull (18) i lamellene (14), og hvor montasjen av sirkulasjonsrørene med monterte lameller og eventuelt endeplater dekkes med et beskyttende lag (26) av et emaljemateriale ved at varmevekslermontasjen renses og påføres et flytende belegg av emaljemateriale, hvoretter emaljematerialet tørkes ved brenning og avkjøles, karakterisert ved at lamellene (14) festes omkring rørene (16) ved at rørene ekspanderes til feste med lamellene mens lamellene orienteres i et plan i rett vinkel med sirkulasjonsrørenes lengdeakser, at hullene (18) i lamellene (14) for opptak og feste av sirkulasjonsrørene formes ved fin-stansing eller ved en annen tilsvarende nøyaktig maskineringsmetode, slik som drilling, kutting eller sliping, for oppnåelse av kontaktoverflater i hullene (18) mot sirkulasjonsrørene (16) i nøyaktig parallelt forhold til lengdeaksen av sistnevnte langs hovedsakelig hele den aksiale utstrekning av hullene, for derved å muliggjøre reduksjon av behovet for radiell ekspansjon av rørene for oppnåelse av godt feste til lamellene, at rørene (16) festes til lamellene ved ekspansjon av rørene radielt slik at materialet i rørene strekkes forbi rørmaterialets elastisitetsgrense, for således å oppnå permanent deformasjon og et høyt kontakttrykk og samtidig oppnå ytterligere mulighet for å sjekke graden av ekspansjon ved måling av diameteren av røret mellom lamellene, redusert i sin utstrekning av den koaksiale hulloverflate, ved pumping av fluidum under høyt trykk til rørene, og at overflatebelegget brennes i en tørkeovn ved en temperatur rundt 800°C,fortrinnsvis over 800°C, og hvoretter montasjen kjøles langsomt og samtidig ved at den emaljebelagte overflata underlegges langsom kjøling ved en nedkjølingshastighet på omlag 20°C/minutt.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat eventuelle sveisesømmer (23) for sammenføyning av rørbend (22) og/eller tilslutningsdeler (20) til sirkulasjonsrørene anbringes på utsiden av endeplatene (12) og etter at lamellene (14) og endeplatene (12) har blitt festet til sirkulasjonsrørene.

3. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat tørkeoperasjonen utføres ved at et varmemedium, f.eks. en varm gass, føres inn gjennom en tilslutningsdel (20) eller røråpning (pil A) gjennom sirkulasjonsrørene (16) og ut gjennom en annen tilslutningsdel (20) eller røråpning (pil B), og at nedkjølingen utføres langsomt og simultant i hele varmeveksleren (10).